پلی‌استر پلی‌ال‌های برپایه اسیدهای چرب پلیمریزه شده

سالهای زیادی است که مواد با کارایی بالا مانند پوشش‌های پایه حلالی با استفاده از پلی‌یورتان‌ها تولید می‌شوند. با افزایش توجه به مسائل زیست‌محیطی و پایداری، توسعه سیستم‌های پایه آبی و نیز مواد حاصل از منابع زیست‌پایه تجدیدپذیر طی یک دهه اخیر از اهمیت بالایی برخوردار بوده است. اگرچه امکان فرموله کردن سیستم‌های پلی‌یورتان پایه آبی وجود دارد، وجود پلی‌استر آدیپات ^۱ -که بطور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد- در زنجیره اصلی اغلب باعث مشکلاتی مانند کاهش پایداری نگهداری و مقاومت هیدرولیکی می شود. علاوه بر این، نرخ تبخیر آب از دیسپرژن‌های پلی‌یورتانی^۲ به عنوان یک اشکال در کاربردهای خاص مانند پوشش‌ها و چسب‌های قابل پخت با تابش UV دیده می‌شود.

برای رفع این مشکلات، طیف وسیعی از پلی‌استر پلی‌ال‌ها با قابلیت پایداری هیدرولیتیکی با استفاده از فناوری‌های زیست‌پایه مورد تحقیق و توسعه قرار گرفته است. کاهش تعداد پیوندهای استری و وجود گروههای آبگریز باعث می‌شود که این پلی‌ال‌ها با حفظ ویژگی‌های مقاومت حرارتی و تابش UV عملا در برابر آب کاملا مقاوم باشند.

این نوشتار بطور خلاصه نقش پلی‌ال‌های پلی استری تولید شده از دیمرهای C36 اسیدهای چرب^۳، در پایداری هیدرولیتیکی و پایداری نگهداری دیسپرژن‌های پلی‌یورتانی را نشان می‌دهد.

دیمر اسیدهای چرب

روغن‌ها و چربی‌های طبیعی سال‌هاست که با مواد اولیه مختلفی همچون گلیسیرین و روغن کرچک در صنعت پلی‌یورتان مورد استفاده قرار می‌گیرند؛ اما استفاده از یکی از مشتقات اسیدهای چرب، تحت عنوان اسیدهای چرب دیمرشده، در شیمی‌ پلی‌یورتان کمتر شناخته شده است. این مواد از تبدیل اسیدهای چرب غیراشباع حاصل از منابعی مانند روغن سویا یا روغن تال^۴ و با استفاده از فشار، دما و کاتالیست مناسب بدست می‌آیند. این فرآیند مخلوطی از محصولات تولید می‌کند که مهمترین آنها اسیدچرب دیمرشده است. اسیدهای چرب تریمرشده ^۵ و اسید ایزواستئاریک ^۶ محصول جانبی این فرایند هستند.

با استفاده از اسیدهای C18 که بطور طبیعی یافت می‌شوند، دیمر اسید یک مولکول با ۳۶ اتم کربن است که آن را با فاصله زیاد به طولانی‌ترین اسید دیئوئیک موجود تبدیل می‌کند. این طبیعت هیدروکربنی باعث می‌شود دیمر اسید و پلیمرهایی که از این ماده در آنها استفاده می‌شود بسیار آبگریز باشند. علاوه بر این، ترکیبی از خصوصیات هیدروکربنی و غیرکریستالی بودن، خاصیت روان‌کنندگی و انعطاف‌پذیری را حتی در دماهای بسیار پایین فراهم می‌کند.

اسیدهای چرب دیمرشده در کاربردهای مختلفی در زمینه‌های پوشش‌های پلی‌یورتانی، پوشش‌های پخت‌شونده با تابش UV و پوشش‌های پلی‌استری در سیستم‌های پایه حلالی و پایه آبی مورد استفاده قرار گرفته‌اند. در تمام این کاربردها، ارزش اسیدچرب دیمرشده با ویژگی های ذکر شده همچون انعطاف‌پذیری و استحکام ضربه، خاصیت ترکنندگی و روان‌کنندگی، آبگریزی و مقاومت هیدرولیتیکی مرتبط است.

دیسپرژن‌های پلی‌یورتان برپایه فناوری دیمر

دیمر اسیدهای چرب، پوشش‌های پلی‌استری و پلی‌یورتانی با طیف وسیعی از ویژگی‌های مطلوب مانند انعطاف‌پذیری و مقاومت هیدرولیتیکی را حاصل می‌کنند. تبدیل اسیدچرب دیمرشده به دی‌ال نظیر، یا استفاده از اسیدچرب دیمر شده در تولید پلی استرهای با گروه‌های انتهایی هیدروکسیل، این ترکیبات را برای استفاده در سیستم‌های پلی‌یورتانی مناسب می‌سازد. بسته به انتخاب مونومر پلی‌ال، پلی‌استرهای برپایه اسیدهای چرب دیمرشده می‌توانند از نوع نیمه‌بلوری^۷ یا آمورف باشند.

مطالعه بیشتر: بررسی فوم های پلی یورتان برای کاربردهای چند منظوره و با کارایی بالا (بخش اول)

هنگام مقایسه پلی‌یورتان‌های برپایه پلی‌استرهای دیمرات^۸ با پلی‌استرهای آدیپات^۹، پلی‌کاپرولاکتون^۱۰ و پلی‌اتر، مشخص می‌شود که آنها در یک دسته‌بندی کاملا جداگانه قرار می‌گیرند. در مقایسه با آدیپات‌ها، دیمرات‌ها جذب رطوبت بسیار کمتر، سرعت هیدرولیز پایین‌تر و انعطاف‌پذیری بیشتری را از خود نشان می‌دهند. در مقایسه با پلی‌اترهایی مانند پلی‌اتیلن گلایکول، پلی‌پروپیلن گلایکول یا پلی‌تترامتیلن گلایکول^۱۱، عدم وجود پیوندهای اتری باعث می‌شود پلی‌یورتان‌های برپایه دیمر در برابر تخریب توسط حمله رادیکالی (مانند گرما، اکسیداسیون یا تابش UV) بسیار مقاوم‌تر باشند.

ترکیب پایداری در برابر حملات هیدرولیتیکی و رادیکالی کاملا منحصر بفرد بوده و برای کاربردهایی مانند پوشش‌ها و چسب‌های مناسب برای کاربردهای سخت و الاستومرهای خودرو بسیار مناسب است. علاوه بر این، مشخص شده است که فناوری دیمر، انعطاف‌پذیری در دمای پایین، جریان‌پذیری و میل تشکیل سطوح کم انرژی را ایجاد می‌کند. از این لحاظ هیچ مونومری به پلی‌الفین‌ها نزدیکتر از دیمراسید نیست.

طیف وسیعی از پلی‌استرهای برپایه دیمر بصورت تجاری در دسترس است و این مواد در دیسپرژن‌های پلی‌یورتانی مورد آزمایش قرار گرفته‌اند. این واقعیت که دیمر اسیدهای چرب آبگریز هستند، پراکندگی آنها در آب را به یک چالش تبدیل می‌کند، اما با استفاده از روش افزودن صحیح در طول فرایند می‌توان این مشکل را حل کرد.

دیسپرژن‌های پلی‌یورتان برپایه فناوری دیمر اسید، استحکام مکانیکی، چسبندگی، بهبود خواص سطحی، براقیت و مقاومت شیمیایی را از خود نشان می‌دهند؛ بخصوص مقاومت بهبود یافته در برابر آب در مقایسه با پلی‌استر پلی‌ال‌های برپایه آدیپات قابل توجه است. پلی‌ال‌های برپایه دیمر اسیدهای چرب، برخلاف انواع برپایه آدیپات، پس از قرار گرفتن در معرض شرایط هیدرولیتیک، هیچ آسیبی نمی‌بینند. نتایج تجربی نشان داده است که ویژگی آبگریز بودن دیمر اسیدچرب تأثیر مثبتی بر مقاومت به جذب آب دارد. فیلم پلی‌یورتان برپایه آدیپات تا ۸% در دمای ۲۳ درجه سانتیگراد و فیلم‌های برپایه PTMEG حتی تا ۱۰% جذب آب دارند؛ درحالیکه این مقدار برای پلی‌آل‌های برپایه دیمر اسیدچرب تنها ۱-۲% است.

مقاومت هیدرولیتیکی

یکی از چالش‌های سیستم‌های پایه آبی، پایداری هیدرولیتیک به هنگام نگهداری است. این امر بویژه زمانی که پلی‌ال‌های پلی‌استری در ساختار پلی‌یورتان مورد استفاده قرار گرفته‌اند، صدق می‌کند. اندازه‌گیری استحکام فیلم دیسپرژن‌های پلی‌یورتانی پس از نگهداری در دمای ۵۰ درجه سانتیگراد نشان می‌دهد که استفاده از پلی‌استرهای برپایه دیمر اسیدهای چرب در زنجیره اصلی، بطور قابل توجهی پایداری نگهداری را نسبت به پلی‌استرهای برپایه آدیپات بهبود می بخشد. این مسأله از طریق ماهیت آبگریز پلی‌استر پلی‌ال‌های برپایه دیمر که از پیوندهای استری در برابر هیدرولیز محافظت می‌کنند قابل توضیح است.

خواص چسبندگی

در یک کار پژوهشی خواص چسبندگی دیسپرژن‌های پلی یورتان، با استفاده از روش تست در صنعت چسب ارزیابی شده است. روش مورد استفاده، چسبندگی برشی^۱۲ است و روی چندین بستر پلاستیکی مختلف آزمایش شده است. نتایج آزمون نشان می‌دهد که چسبندگی دیسپرژن پلی‌یورتان کراسلینک نشده، با افزودن دیمر به پلی‌ال بسیار بهبود می‌یابد. برای دیسپرژن‌های کراسلینک‌شده، چسبندگی برای همه انواع قابل مقایسه است.

دسپرژن‌های پلی‌یورتان برپایه پلی‌ال آدیپات، چسبندگی کمی به بسترهای آزمایش شده نشان داده و تقریباً بلافاصله از بین می‌رود. دیمر بدلیل افزایش انعطاف‌پذیری پوشش و در نتیجه جذب تنش بیشتر، چسبندگی را بطور قابل توجهی بهبود می بخشد.

جمع‌بندی

نشان داده شده است که پلی‌استر پلی‌ال‌های برپایه اسیدهای چرب دیمرشده، چندین ویژگی منحصر بفرد را برای دیسپرژن‌های پلی‌یورتان ارائه می‌دهند. ماهیت آبگریز این محصولات بطور قابل توجهی پایداری هیدرولیتیکی را بهبود بخشیده و به افزایش پایداری و زمان نگهداری این محصولات کمک می‌کند. علاوه بر این، مورفولوژی ساختار دیمر اسیدهای چرب در پلی‌استر پلی‌ال، منجر به بهبود قابل توجهی در چسبندگی روی بسترهای پلاستیکی مانند PET، ABS و PE در مقایسه با پلی‌ال‌های برپایه آدیپات می‌شود.