مرجع مواد شیمیایی ایران
پلی اورتان

پلی اورتان


 پلی یورتان ها (پلی اورتان ها) کاربردهای متنوع بسیار چشمگیری دارد (اورتان را می توان مشتق استخلافی N و O کربامیک اسید در نظر گرفت)؛ در این میان به طیف وسیعی از کاربردها از اسفنج مبل ها تا رزین های سخت، از کفپوش های بادوام و مواد پرداخت کننده خودرو تا الیاف طراحی (مانند لیکرا از دوپان) و بالاخره از لاستیک ها تا چسب های فوری اشاره کرد. این مواد از واکنش دی ایزوسیانات ها با ترکیبات دی هیدروکسی تهیه می شوند. سنتز پرلون U، یعنی اولین رزین پلی یورتان تجارتی، نمونه ساده ای است که فرمول تهیه آن را در زیر مشاهده می کنید:

پلی اورتان

این رزین نمونه خوبی از یک پلی اورتان آلیفاتیک است ولی بیشتر پلی یورتان های جدید از ترکیب دی ایزوسیانات های آروماتیک مانند متیلن دی ایزوسیانات (MDI) یا تولوئن دی ایزوسیانات (TDI) با دی ال هایی مانند اتیلن یا پروپیلن گلیکول، پلی اتر دی ال ها، پلی استر دی ال های آلیفاتیک و سیلیکون دی ال ها تهیه می شوند.

همان طور که در دیگر بسپارهای تراکمی مشاهده می شود، برای دست یابی به وزن های مولکولی که برای خواص فیزیکی مطلوب نیاز است بایستی از تکپارهای بسیار خالص استفاده کرد. پلی استر دی ال هایی که در بالا بدان اشاره شد کاربردهای خاصی را به خود اختصاص داده اند. بنابراین بسپارهای نهایی اغلب همبسپارهای دسته ای حاوی قطعات نرم پلی استر یا پلی اتر در میان قطعات سخت پلی اورتان است.پلی اورتان

پلی یورتان ها را همچنین می توان طی فرآیند تبادل استری کاتالیزی از کربامیک استرهای ساده تهیه کرد. این فرآیند بسپارش نسبت به فرآیند بر پایه ایزوسیانات کمتر متداول است، ولی در هر حال مصارفی در سنتز نرم سازها دارد.پلی اورتان

این واکنش همانند تولید پلی استر یک بسپارش تراکمی است، زیرا طی این واکنش «تراکمی» یک مول الکل حذف می شود تا گروه اورتان تشکیل گردد. زمانی که مواد اولیه از واکنش نیترو بنزن ها با CO و الکل ها در دسترس باشد فرآیند کربامات استر را می توان به میزان وسیعی مورد استفاده قرار داد.

واکنش یک دی ایزوسیانات آروماتیک با یک گلیکول به راحتی انجام می گیرد و در مقیاس آزمایشگاهی به هیچ کاتالیزگری نیاز نیست. با این همه، در بیشتر فرآیند های صنعتی برای تسریع تشکیل پلی یورتان از کاتالیزگر استفاده می شود.

برای ایزوسیانات های آلیفاتیک، کاتالیزگر مورد نیاز است.متداول ترین کاتالیزگر ها در زمینه آمین های نوع سوم اند، ولی کمپلکس های فلزی نیز مصرف زیادی دارند. با این همه اگر چه تیتانیم تتراآلکوکسیدها با هر دو دسته از ترکیبات ایزوسیانات ها و کربامیک استرها بسیار موثرند، پرمصرف ترین کاتالیزگرهای فلزی مشتقات قلع اند.تشکیل پلی اورتان با بسیاری از دیگر ترکیبات فلزی که برای تولید پلی استر به کار می روند نیز کاتالیز می شود. این شباهت در کاتالیزگر تعجب آور نیست، زیرا ساختار و شیمی گروه های اورتان و استر شبیه یکدیگر است.

پلی اورتان ها در زمینه های گوناگونی از قبیل الیاف، پوشش و چسب استفاده می شوند، ولی یکی از بزرگ ترین مصارف آن در اسفنج هاست. بسپارش اسفنج ها در مجاورت یک «عامل متورم کننده» که گازی مانند ۲N یا ۲CO یا فلوئوروکربن متصاعد می کند انجام می گیرد. گاز در پیش بسپار گرانرو ایجاد حباب می کند. ساختار اسفنجی زمانی به دست می آید که وزن مولکولی بسپار زیاد شود و بسپار به صورت جامد درآید. واکنش دهنده های سه عاملی از قبیل تری ال ها امکان تشکیل پیوندهای عرضی را برای سخت شدن فراهم می سازند.

بر اساس گزارش ثبت اختراع منتشر شده یک آمین غیرفرار و قلع (II) اکتوات به عنوان کاتالیزگر برای تهیه هر دو نوع اسفنج انعطاف پذیر و سخت مورد استفاده قرار گرفته است. در این فرآیند به مخلوطی از یک پلی الکل (محصول افزایشی پروپیلن اکسید گلیسیرین)، کاتالیزگر، عامل متورم کننده و مقدار کمی آب در حالی که به شدت هم زده می شود ۲،۴- تولوئن دی ایزوسیانات اضافه می گردد. مخلوط داخل یک ظرف گرم ریخته و برای مدت یک ساعت در دمای ۱۰۰ تا ۱۵۰ درجه سانتیگراد پخت می شود تا یک قطعه اسفنج پلی اورتان به دست آید. میزان سختی اسفنج به تعداد اتصالات عرضی بسپار که توسط جزء الکل فراهم می شود بستگی دارد.

مکانیسم تشکیل کاتالیزی پلی یورتان می تواند با مکانیسم تشکیل پلی استر مشابه باشد. نمک های اسیدی لوویس ۲+M می توانند عامل ایزوسیانات را شبیه آنچه که در تبادل استری صورت می گیرد، از طریق کوئوردیناسیون به اکسیژن فعال سازند. همان طور که در شکل زیر نشان داده شده است ترکیبات آلی قلع از طریق آلکوکسید و حدواسط های کربامات عمل می کنند.

کوئوردیناسیون ایزوسیانات به قلع، گروه C=N را برای حمله هسته دوستی درون مولکولی توسط آلکوکسید و تشکیل قلع کربامات فعال می سازد. الکل کافت پیوند Sn-N بسپار حامل کربامات را آزاد می سازد و قلع الکوکسید را برای چرخه واکنش دیگری دوباره فراهم می کند. برای واکنش هایی که با گلیکول ها انجام می گیرد، تشکیل پیوند هیدروژنی درون مولکولی می تواند در واکنش نقش داشته باشد.

پلی اورتان

مرجع مواد شیمیایی ایران

نوشته شده در: