پلی‌یورتان
پلی اوره

در چند سال اخیر فناوری پوشش‌های پلی اوره گسترش و کاربرد یافته‌است. از مزایای اصلی این نوع پوشش‌ها سخت شدن بسیار سریع آنهاست که نتیجه آن، دسترسی به یک فناوری پرشتاب است. در سامانه‌های پلی اوره بر پایه هگزامتیلن دی ایزوسیانات (TMXDI) پوشش پاشیده شده روی بلوک یخ در عرض ۲۰ ثانیه سخت می‌شوند. پوشش‌های پلی اوره در پوشش دهی خطوط لوله‌های انتقال نفت کاربرد دارند و مقدار جریان کاتدی مورد نیاز در حفاظت کاتدی را کم می‌کنند. در بسیاری از موارد سامانه‌های پلی اوره همانند پلی‌اورتان‌های دو جزئی هستند. سامانه پوششی در پلی‌اورتان‌های متداول از یک بخش A متشکل از پلی اوره (و رنگدانه در صورت نیاز) و یک بخش B که غالباً سخت‌کننده است، تشکیل می‌شود. سرعت واکنش تشکیل پلی اوره بی‌نهایت زیاد است به‌طوری‌که تجهیزات پاشش ویژه‌ای مورد نیاز است. زمانی بود که بخش ایزوسیاناتی را مونومر MDI تشکیل می‌داد. این نوع سامانه‌های پلی اوره ارزان بوده و خواص خوبی دارند. البته بعدها در اوایل دهه ۹۰ در انگلستان و ایالات متحده سامانه‌های آلیفاتیک وارد بازار شدند. در این سامانه‌ها پایداری نوری به مراتب بهتر شده و هرگاه که ایزوسیانات مصرفی TXMDI باشد، سرعت واکنش کمتر می‌شود. با این حال هنوز هم سرعت واکنش تشکیل پلی اوره چنان زیاد است که برای پژوهشگران مشکل ایجاد می‌کند. زمانی که پلی اوره به‌طور دستی تهیه می‌شود، سامانه پس از چند ثانیه غیرقابل استفاده شده و قالب‌گیری و تهیه فیلم از آن امکانپذیر نخواهد بود. با این حال تهیه نمونه‌ها به روش پاشش امکانپذیر است، ولی هنگامی که نمونه‌ها در سردخانه خیلی سرد شوند جابجایی مواد بسیار مشکل است.
روش ساخت: رنگدانه را به مقداری از آمین و افزودنی‌ها اضافه می‌کنند تا مخلوط مناسب برای غلتک کاری به‌دست آید. زمانی که مخلوط به حالتی رسید که به راحتی خرد شود، باقی‌مانده آمین را نیز به ان می‌افزایند. در صورت وجود رنگدانه‌های آلی لازم است به جای توزیع‌کننده‌های سریع از آسیاب غلتکی افقی استفاده شود. همچنین، دمای مخلوط باید به ۳۵۰ درجه سانتی گراد برسد. در مرحله بعد در اتمسفر نیتروژن، ایزوسیانات به آهستگی در مدت زمان ۳۰ دقیقه به مخلوط آمین اضافه و به حد کافی هم زده می‌شود. باید اجازه داد که دمای واکنش گرمازا به ۳۵۰ درجه سانتی گراد برسد و سپس محصول برداشته شود. ویکس و همکارانش سرعت سامانه‌های پلی اوره را تا حدی کند کردند به‌طوری‌که امکان استفاده از سامانه‌های پلی‌اورتانی در تجهیزات پوشش دهی به‌طور مستقیم و بدون تغییر به وجود آمد. گرانروی (ویسکوزیته) آمین‌های دارای گروه‌های جانبی، بیشتر از آمین‌های ساده است و این در حالی است که وزن مولکولی آن‌ها نیز بیشتر است. یک راه برای کم کردن گرانروی و بهتر کردن خواص، استفاده از اکسازولیدین با گرانروی کم است. یکی از معایب این سامانه نیاز آن به اجزای با گروه‌های عاملی ایزوسیانات است. صنعت رنگ هنوز راه زیادی در پیش رو دارد تا به فناوری عاری از ایزوسیانات‌ها دست یابد. سامانه‌های آمیخته یکی از راه‌های به‌کارگیری اکسازولیدین و پلی اوره (ترکیب کردن دو سامانه) با هم است. لازم است که موازنه شیمیایی انجام گیرد که البته سامانه‌های با حجم یک به یک چنین‌اند. در برخی از موارد، وجود عامل رطوبت زا برای عمل سخت شدن ضرورت دارد. در کفپوش‌های با سامانه‌های بر پایه آب، هنگامی که سطح زیادی با سامانه‌های رنگی بر پایه حلال رنگ می‌شود، مقادیر قابل توجهی از ترکیبات آلی فرار وارد می‌شود. کاربرد روزافزون پوشش‌ها، بازار بزرگی برای سامانه‌های عاری از حلال یا سامانه‌های بر پایه آب به وجود آورده‌است. رنگ‌های پلی‌اورتانی و آمیخته‌های آن‌ها و رزین‌های آکریلیکی سهم زیادی از بازار اروپا را به خود اختصاص داده‌اند. پلیمرهای اکریلیکی امولسیونی یا همان لاتکس‌ها نسبتاً ارزان‌تر هستند. امولسیون‌های آکریلیکی نیز تقریباً برای چند سال جزو کالاهای مقرون به صرفه محسوب می‌شدند که کاربرد زیادی در پوشش‌های تزئینی دارند، به‌خصوص در کفپوش‌های از جنس پلی‌اورتان که در مقابل سایش نسبت به نوع آکریلیکی بسیار مقاوم ترند، ولی این ترکیبات گران بوده و تلاش می‌شود تا فرمول‌های جدید ارزان از آن‌ها تهیه شود.
به منظور ساخت رزین‌های پراکنشی پلی‌اورتانی (PUD)، روش مرسوم در ساخت رزین‌های پراکنشی پلی‌یورتانی بر پایه آب، تهیه پیش پلیمری با گروه پایانی ایزوسیانات است که پلی ال اصلاح‌کننده در ساختار زنجیر، گروه عاملی کربوکسیلیک اسید را به وجود می‌آورد و در مرحله بعد این ماده با آمین نوع سوم در آب پخش می‌شود تا مراکز یونی به وجود آورد. به این ترتیب ذرات پلیمر پایدار می‌گردند. حضور یک پلی آمین موجب می‌شود طول زنجیر اجزای تشکیل دهنده زیادتر شود. در برخی مخلوط‌ها نسبت مولی گروه‌های NCO به OH دقیقاً ۲ به ۱ است. در نسبت مولی حدود ۱ به ۱، گرانروی بسیار زیاد می‌شود و تهیه رزین‌های پراکنشی پلی‌اورتانی با مشکل روبرو می‌شود. در ضمن خطر ژله‌ای شدن نا به هنگام هم وجود دارد؛ ولی اگر این نسبت کمتر از ۱٬۵ به ۱ باشد امکان بروز چنین خطری کمتر می‌شود. برای پایین آوردن سریع دما در حین تهیه مخلوط‌های پلی‌اورتانی از یخ استفاده می‌شود. در نتیجه سرعت واکنش بین آب و گروه ایزوسیانات کم می‌گردد. بهترین حالت آن است که پیش پلیمر با گروه پایانی NCO با افزاینده زنجیر آمینی واکنش دهد. با این حال پراکنده کردن پیش پلیمر در آب، به ویژه در یک واحد صنعتی نیازمند زمان مشخصی است. در هر صورت واکنش‌های جانبی نامطلوب بین آب و ایزوسیانات رخ می‌دهد. با سرد کردن مخلوط خنثی تا زیر دمای ۵۰ درجه سانتی گراد واکنش‌های جانبی به حداقل میزان خود می‌رسند. راه‌های زیادی برای اصلاح خواص و کارایی رزین‌های پراکنشی پلی‌اورتانی وجود دارد. یکی از روش‌های اصلاح به فناوری اختلاف معروف است. رزین‌های پراکنشی پلی‌اورتانی در حضور سایر پلیمرها تهیه می‌شوند. یا به عبارت دیگر با آن‌ها مخلوط می‌شوند و قبل از پراکنده شدن پلی‌اورتان، پیش پلیمر تازه که برای تهیه رزین پراکنشی پلی‌اورتانی بکار می‌رود باید اصلاح شود. با وارد کردن نوعی اصلاح‌کننده اپوکسی دار به درون ساختار پیش پلیمر، می‌توان استحکام چسبندگی رزین‌های پراکنشی پلی‌اورتانی را زیاد کرد. برای مثال، پروپیلن اکسید بر پایه دی گلیسیدیل اتر با وزن مولکولی بیش از ۷۰۰ با دی اتانول آمین به نسبت مولی یک به یک در دمای ۶۰ درجه سانتی گراد واکنش می‌دهد و ترکیبی با گروه پایانی اپوکسی و سه گروه OH به وجود می‌آید. با NMP به عنوان حلال کمکی، می‌توان گرانروی را کنترل کرد. پیش از افزودن ایزوسیانات ترکیب حد واسط را به مخلوط پلی ال و DMPA اضافه می‌کنند. گروه انتهایی اپوکسی با گروه‌های ایزوسیانات یا افزاینده زنجیر پلی آمین واکنش نمی‌دهد، چرا که واکنش با ایزوسیانات و آمین به ویژه زمانی که دما پایین باشد، بسیار کند است. می‌توان از رزین‌های پراکنشی پلی‌اورتانی اصلاح شده برای پوشش دادن انواع پلاستیک‌های مصرفی در صنایع خودروسازی استفاده کرد یا آنکه این مخلوط‌ها را در ترکیب یک ایروسل بر پایه آب بکار برد. در این حالت به ماده‌ای مانند دی متیل اتر نیاز است. یکی از روش‌های کاهش قیمت، اختلاط رزین‌های پراکنشی پلی‌اورتانی با پلیمرهای آکریلیک است. مدت مدیدی است که در اروپا از پوشش‌های رنگدانه دار بر پایه آب حاوی مخلوط ۵۰:۵۰ از مخلوط معلق پلی‌اورتانی و رزین‌های امولسیونی آکریلیکی در تهیه کفپوش‌ها استفاده می‌شود. این پوشش‌ها در حالت خشک سطح نیمه براق سفید رنگی را ایجاد می‌کنند که برای پوشش کف‌های بتنی یا تزئین کفپوش‌های چوبی به ویژه در مواردی که مقاومت در برابر الکل یا آب حائز اهمیت است، بسیار مناسب تشخیص داده شده‌اند. یکی از مزایای بسیار مهم مخلوط معلق پلی‌اورتانی بر پایه آب، کامل شدن واکنش سامانه‌ها در این مدت است، به‌طوری‌که در پایان واکنش هیچ ایزوسیانات آزادی بر جای نمی‌ماند. در دراز مدت با حرکت صنعت پوشش دهی به سوی سامانه‌های عاری از ایزوسیانات این مورد یک مزیت جدی تلقی می‌گردد.