پلی اورتان چیست؟

پلی اورتان چیست؟

پلی اورتان یا پلی ‌یورتان polyurethane rubber – PU به دسته‌ای از مواد شیمیایی گفته می‌شود که از واکنش پلی ال‌ها و ایزوسیانات‌ها به‌عنوان مواد اصلی تشکیل دهنده ساخته می‌شوند.

پلی اورتان ها را اتو بایر در سال ۱۹۳۷ در آلمان کشف کرد و بعد از آن این مواد با داشتن خواص ویژه پیشرفت بسیار زیادی را در انواع صنایع جهان داشتند.

پلی اورتان (PU) نام عمومی پلیمرهایی است که دارای پیوند یورتانی می باشند. پیوند یورتانی از طریق واکنش افزایشی بین یک گروه ایزوسیانات و یک ترکیب دارای هیدروژن فعال مثل گروه هیدروکسیل تشکیل شده است. گروه های ایزوسیانات به شدت واکنش پذیر بوده و به همین علت پیشرفت واکنش آنها نیاز به افزایش دما ندارد.(واکنش در دمای محیط صورت می گیرد) مهمترین ویژگی این گروه از پلیمرها این است که پس از واکنش ساختاری پایدار بوجود می آید. خلاصه اینکه، پلی اورتان در اشکال مختلف مانند: فراورده های فوم، فیلم، الاستومرها، پودرها، مایعات و امولوسیون ها قابل تولید هستند.

ترکیباتی که دارای گروه ایزوسیانات هستند عبارتند از:

1. ۲و۴ یا ۲و۶ تولوئن دی ایزوسیانات
2. ۴و۴ یا ۲و۴ دی فنیل متان دی ایزوسیانات
3. ۱و۶ هگزا متیلن دی ایزوسیانات

علاوه بر موارد ذکر شده، ترکیبات ایزوسیاناتی دیگری نیز وجود دارند.

ترکیباتی که دارای دو گروه هیدروکسیل (OH) یا بیشتر باشند را پلی اُل می نامند و بطور معمول از گونه های زیر استفاده می شود:

1. پلی اتر پلی ال
2. پلی استر پلی ال
3. پلی کربنات پلی ال
4. پلی کاپرولاکتون پلی ال

به علاوه، به جای گروههای هیدروکسیل، ترکیباتی مثل اسیدهای کربوکسیلیک و آمینها، که دارای هیدروژن فعال هستند نیز می توانند در ترکیب با ایزوسیاناتها مورد استفاده قرار گیرند. به همین دلیل، زمانیکه صحبت از پلی اورتانها می شود، می توان گفت که گونه های بیشماری از آنها وجود دارد. با توجه به آنچه گفته شد می توان نتیجه گرفت، پلی اورتانها در موارد گوناگونی مانند: فومهای نرم، فومهای سخت، الاستومرها، چسبها، روکش ها و پایه های رنگی بکارگرفته می شوند.

کاربرد پلی اورتان در چیست؟

پلی اورتانها به شکلهای مختلف از جمله فومهای نرم، فومهای سخت؛ الاستومرها، ترموپلاستیک الاستومرها، رزین، رنگ، پوشش، چسب، انواع جلادهنده و… در دنیا کاربرد دارند. یکی از کاربردهای پلی اورتانها، استفاده به عنوان پوشش لوله‌های مدفون در خاک با هدف حفاظت در برابر خوردگی می باشد. پلی اورتان مورد استفاده در این روش، از نوع ۱۰۰% جامد و با مواد اولیه ۲ جزئی است ولی نبایستی چسبندگی زیادی به سطح لوله از این پوشش توقع داشت. پلی اورتان‌ها در شرایط کاربری خاص مانند دمای بالای خط لوله و یا تعمیرات پوشش اصلی کاربرد دارند و کمتر به عنوان پوشش اصلی خطوط انتقال استفاده می شوند. استفاده از پوشش‌های پلی اورتان جهت پوشش داخلی خطوط انتقال کاربرد بسیار محدودی داشته و به علت آزادکردن ترکیبات سمی ایزوسیانات جهت پوشش داخلی توصیه نمی‌گردد. کاربرد پلی ن ترکیبات نیز به طور پیوسته رو به توسعه است.

مثالهای متعددی برای کاربردهای فراوان این ترکیبات وجود دارد، از جمله پوششهای شفاف برای پوشش دهنده های تک لایه مخصوص بامها و رنگهای مشخص کردن محل گذر عابرین پیاده و غیره….

کاربرد پلی اورتانها و پلی اوره ها در کفپوشها انواع فناوری کاربرد پوشش های کف همگی بر دو اصل استوارند. یکی از آنها فناوری فیلم نازک است که یک یا چند پوشش با ضخامت حدود ۵۰ تا ۱۲۵ میکرون روی سطح کف پوشش داده می شود. درزگیری و غبارزدایی نیز از جمله مراحل مهم در این روش محسوب می شوند که هدف نهایی آنها رسیدن به کفپوشهایی با طرح های زیر و مزین است. رزین های مورد مصرف در پوششهای کف عبارتند از: آلکیدها، اپوکسی ها یا اپوکسی استری بر پایه آب و حلال، مخلوط های معلق، آمیخته های پلی اورتانی بر پایه آب و انواع پلیمرهای آکریلیکی، بهترین حالت برای این نوع کفپوشها آن است که اثر مواد شیمیایی یا آب روی سطح کفپوش براحتی برطرف شود و لکه ای بر جای نماند. پوشش های آلکیدی در مقابل سودسوز آور بسیار ضعیف عمل می کنند.

مقاومت پلی اورتان ها در برابر سایش ضربه و ترک خوردگی بسیار خوب است، از جمله ویژگی های آنها پخت سریع و کامل در دمای محیط است. پلی اورتانها آلیفاتیک از انواع آروماتیک گرانتر هستند. به همین خاطر انواع آروماتیک و نمونه های اپوکسی دار در استری ها، رنگهای پایه و پوششهای رابط بکار می روند. در حالی که آلیفاتیک ها ویژه پوشش نهایی هستند. استفاده از پوشش های محافظ برای جلوگیری از پدیده خوردگی در ساختارهای فولادی که آستر و پوشش پایه آنها از نوع سامان های اپوکسی دار است، نمونه ای از کاربردهای مهم پلی اورتانها محسوب می شوند. مورد دیگر، سامانه های پوشش دهنده کف است که در آنها نیز انواع پوششهای پایه را می توان بکار برد، گاهی پوشش نهائی از نوع یورتان برای لایه نهایی کف نیز کفایت می کند.

پوششهای پلی اوره در چند سال اخیر فناوری پوششهای پلی اوره گسترش و کاربرد یافته است. از مزایای اصلی این نوع پوششها سخت شدن بسیار سریع آنهاست که نتیجه آن، دسترسی به یک فناوری پرشتاب است. در سامانه های پلی اوره بر پایه هگزامتیلن دی ایزوسیانات (TMXDI) پوشش پاشیده شده روی بلوک یخ در عرض ۲۰ ثانیه سخت می شوند، ساختار TXMDI در شکل ۱ آمده است. پوششهای پلی اوره در پوشش دهی خطوط لوله های انتقال نفت کاربرد دارند و مقدار جریان کاتدی مورد نیاز در حفاظت کاتدی را کم می کنند. در بسیاری از موارد سامانه های پلی اوره همانند پلی اورتانهای دو جزئی هستند. سامانه پوششی در پلی اورتانهای متداول از یک بخش A متشکل از پلی اوره و در صورت نیاز رنگدانه و یک بخش B که غالباً سخت کننده است، تشکیل می شود. همان طور که پیشتر هم گفته شد، سرعت واکنش تشکیل پلی اوره بی نهایت زیاد است، طوری که تجهیزات پاشش ویژه ای مورد نیاز است. زمانی بود که بخش ایزوسیاناتی را مونومر MDI تشکیل می داد. این نوع سامانه های پلی اوره ارزان بوده و خواص خوبی دارند. البته بعدها در اوایل دهه ۹۰ در انگلستان و ایالات متحده سامانه های آلیفاتیک وارد بازار شدند. در این سامانه ها پایداری نوری به مراتب بهتر شده و هر گاه که ایزوسیانات مصرفی TXMDI باشد، سرعت واکنش کمتر می شود. با این حال هنوز هم سرعت واکنش تشکیل پلی اوره چن زیاد است که برای پژوهشگران در آزمایشگاه مشکل ایجاد می کند. زمانی که پلی اوره به طور دستی تهیه می شود، سامانه پس از چند ثانیه غیر قابل استفاده شده و قالبگیری و تهیه فیلم از آن امکانپذیر نخواهد بود. با این حال تهیه نمونه ها به روش پاشش امکانپذیر است، ولی هنگامی که نمونه ها در سردخانه خیلی سرد شوند جابجایی مواد بسیار مشکل است. روش ساخت رنگدانه را به مقداری از آمین و افزودنی ها اضافه می کنند تا مخلوط مناسب برای غلتک کاری بدست آید. زمانی که مخلوط به حالتی رسید که براحتی خرد شود، باقی‌مانده آمین را نیز بدان می افزایند. در صورت وجود رنگدانه های آلی لازم است بجای توزیع کننده های سریع از آسیاب غلتکی افقی استفاده شود. همچنین، دمای مخلوط باید به C 350 برسد.

در مرحله بعد در جو نیتروژن، ایزوسیانات به آهستگی در مدت زمان ۳۰ دقیقه به مخلوط آمین اضافه و به حد کافی هم زده می شود. باید اجازه داد که دمای واکنش گرمازا به C350 برسد و سپس محصول برداشته شود.

از دیگر كاربردهای پلی اورتان :

با استفاده از پلی اترها به عنوان پلی ال، در سنتز پلی اورتان می توان كاشتنی های طولانی مدت تهیه نمود، كه در قلب مصنوعی، کلیه مصنوعی، ریه مصنوعی، هموپرفیوژن، لوزالمعده مصنوعی، فیلترهای خونی، کاتترها، عروق مصنوعی، بای پس سرخرگ ها یا سیاهرگ ها، کاشتنی های دندان و لثه، بیماریهای ادراری، ترمیم زخم، رساندن یا خارج كردن مایعات، نمایش فشار عروق، آنژیوپلاستی، مسدود کردن عروق، جراحی عروق آئورت و كرونری، دریچه های قلب سه لتی و دولتی كاربرد دارند.

در صورتی كه از پلی اترها به عنوان پلی ال، در سنتز پلی اورتان استفاده شود، پلی اورتان های زیست تخریب پذیر مدت تهیه می شود كه به طور مثال در کانال هدایت بازسازی عصب، ساختارهای قلبی –عروقی، بازسازی غضروف مفصل و منیسک زانو، برای تعویض و جایگزینی استخوان اسفنجی، در سیستم های رهایش کنترول شده دارو و برای ترمیم پوست كاربرد دارد.

پلی اورتان : کوپلیمری پرکاربرد

در اواخر سال ۱۹۸۰ تعدادی از دانشمندان، شیمی، ساختار و مورفولوژی سطح پلی اورتان ها را مورد بررسی قرار دادند و به تدریج روش های جدید پوشش دهی سطح به همراه پیوندهای مواد دیگر به سطح پلی اورتان ها، با هدف بهبود خونسازگاری ابداع شد.

الاستومرهای پلی اورتانی، خانواده ای از کوپلیمرهای توده ای بخش شده است كه كاربردهای مهمی در زمینه های گوناگون صنعتی و پزشكی پیدا كرده است. اولین پلی اورتان، از واكنش دی ایزوسیانات آلیفاتیك با دی آمین به دست آمد. اتو بایر و همكارانش اولین بار این پلی اورتان را معرفی نمودندکه به شدت آبدوست بود و بنابراین به عنوان پلاستیك یا فیبر نمی توانست مورد استفاده قرار گیرد. واكنش بین دی ایزوسیانات های آلیفاتیك و گلیكول ها منجر به تولید پلی اورتانی با خصوصیات پلاستیكی و فیبری گردید. به دنبال آن، با استفاده از دی ایزوسیانات آروماتیك و گلیكول های با وزن مولكولی بسیار بالا، پلی اورتانی به دست آمد كه خانواده مهمی از الاستومرهای ترموپلاستیك به شمار می رود.

خواص یورتانها از مواد ترموست بسیار سخت تا الاستومرهای نرم تغییر می كند. از پلی اورتانهای ترموپلاستیك، در ساخت وسایل قابل كاشت بسیار مهمی استفاده می شود، چرا كه دارای خواص مكانیكی خوب نظیر استحكام كششی، چقرمگی، مقاومت به سایش و مقاومت به تخریب شدن، به علاوه زیست سازگاری خوب می باشند كه آنها را در گروه مواد مناسب جهت كاربردهای پزشكی قرار می دهد

تخریب پلی اورتان

همه پلیمرها امكان تخریب دارد و پلی اورتان ها نیز از این قاعده مستثنی نیست جهت جلوگیری از تخریب پلی اورتان ها روش های مختلفی وجود دارد. كه شامل هیدرولیز، فتولیز، سلولیز، تومولیز، پیرولیز (تجزیه در اثر حرارت) وتخریب بیولوژیك، ترك بر اثر استرس محیطی، اكسید شدن و تخریب بوسیله میكروب و قارچها می شود. در حالت بیولوژیك تنش محیطی باعث ایجاد ترك می شود كه در نهایت شكست ممكن است به وجود آید و باعث ایجاد تخریب سطحی ویژه در پلیمر شود. آنزیم ها نیز می توانند باعث تخریب پلی اورتان ها شود. تخریب میكروبی، یك واكنش تجزیه شیمیایی است كه به وسیله حمله میكرو ارگانیسم ها صورت می گیرد. آنزیم ها و قارچ ها نیز ممكن است پلی اورتان ها را تخریب كند.

پیوندهای مستعد برای تخریب هیدرولیتیك در پلی اورتان ها، پیوندهای استری و یورتانی است. استرها به اسید و الكل تجزیه می شود و پیوندهای یورتانی در نتیجه تخریب شدن به كربامیك اسید و الكل هیدرولیز می شود.

تركیبات مسئول تخریب پلیمرها در بدن شامل آب، نمك، پراكسیدها و آنزیمها است. به طور كلی مولكولهایی مانند ویتامین ها و رادیكالهای آزاد باعث تسریع كردن تخریب می شود. اگر پلی اورتان هیدروفوب باشد تخریب معمولاً در سطح مواد انجام می شود. اگر پلی اورتان ها هیدروفیل باشد، آب در توده پلیمر وارد شده و تخریب در سرتاسر ماده اتفاق می افتد.

تاثیر آبدوستی بر میزان تخریب پلی اورتان :

یكی از مشكلات اصلی كاشت پلی اورتان ها در حالت vivo in تمایل آنها برای آهكی شدن و تخریب شدن است. اكثر ایمپلنت های پلی اورتانی در حالت in vivo از طریق هیدرولیز تخریب می شود.

الاستومرهای زیست تخریب پذیردر ایمپلنت های قلبی و عروقی، داربستها برای مهندسی بافت، ترمیم غضروف مفصل، پوست مصنوعی و درتعویض و جانشینی پیوند استخوان اسفنجی استفاده می شود.

مواد هیدروفیل مانند هیدروژل ها، به عنوان سدی برای چسبندگی بافت ها استفاده می شود. موادی با هیدروفیلی كم، باعث چسبندگی تكثیر سلول ها می شود كه برای داربستهای مهندسی بافت مناسب است.

Tags: تولید کننده polyurethane, تولید کننده polyurethane melrubberco, تولید کننده polyurethane rubber, تولید کننده polyurethane rubber melrubberco, تولید کننده polyurethane rubber شرکت مل, ت