بی شک تطبیق پذیری یکی از ویژگی های اصلی پلی یورتان ها (PUs ) است، یک خانواده مهم از پلیمرها که حاوی تعداد قابل توجهی از گروه های یورتان (HN-COO-) است، مشتق شده از ایزوسیانات ها و ترکیبات حاوی هیدروکسیل از طریق واکنش های ارائه شده در شکل a.1 به دست می آید. این واکنش گرمازا بوده و حتی در دمای اتاق خود به خود رخ می دهد. با این وجود، معمولاً از یک یا چند کاتالیزور برای تسریع واکنش استفاده می گردد. ترکیب حاوی هیدروکسیل می تواند یک دی ال، پلی ال یا آب باشد که به عنوان یک عامل فوم زای شیمیایی برای تولید فوم های پلی یورتان استفاده می شود. در واقع، ایزوسیانات با آب واکنش داده و یک اسید کاربامیک جایگزین ناپایدار را تشکیل می دهد که همراه با دی اکسید کربن به یک گونه آمین تجزیه شده و منجر به فوم شدن پلیمر پلی یورتان می شود. (شکل b.1) آمینهای اولیه بهدستآمده ممکن است دوباره با گروههای ایزوسیانات واکنش نشان داده و اوره تولید کنند. (شکل c.1) در دمای اتاق، این واکنش سریعتر از تشکیل یورتان است. اتمهای هیدروژن فعال ترکیبات اوره یا آلوفاناتهای جایگزین شده (تشکیل شده از واکنش ایزوسیاناتها با یورتانها، شکل d.1)ممکن است دوباره با ایزوسیاناتها واکنش داده و یک بیورت تولید کنند. (شکل e.1) ایزوسیاناتها بسیار واکنشپذیر هستند، بنابراین میتوانند خود واکنش نشان داده که منجر به واکنشهای پلیمریزاسیون شوند. تریمریزاسیون منجر به تشکیل حلقههای ایزوسیانورات شده که مسئول پایداری حرارتی بالای فومهای پلی ایزوسیانورات هستند. ایزوسیانات ها می توانند آلیفاتیک یا آروماتیک باشند. برای برخی کاربردهای خاص، مانند فومهای فلکسیبل، الاستومرها و پلییورتانهای ترموپلاستیک، ایزوسیانات پیش پلیمری، به عنوان مثال، یک محصول واکنش عملکردی NCO از ایزوسیاناتها و پلیالهای آروماتیک یا آلیفاتیک، معمولاً استفاده میشود.
به طور مشابه، انواع زیادی از پلیالها ارائه شده اند، اما بیشتر پلیالهای مورد استفاده به دو دسته اصلی تقسیم میشوند: پلیالهای حاوی گروه های انتهایی هیدروکسیل یا پلی ال های حاوی گروه های انتهایی آمینی. ساختار پلی ال ها ارتباط مستقیمی با خواص پردازش و نهایی پلیمر پلی یورتان دارد. در واقع، اکثر پیوندهای موجود در پلی یورتان ها از پیوندهای موجود در پلی ال ها به دست می آیند. پلی ال ها از نظر وزن مولکولی، تعداد هیدروکسیل و عملکرد با یکدیگر متفاوت هستند. پلیالهایی با وزن مولکولی بالاتر و تعداد هیدروکسیل کمتر و عملکرد کمتر برای الاستومرها، پوششها و فومهای فلکسیبل استفاده میشوند، در حالی که بقیه برای الاستوپلاستیکها، پوششهای سخت و فومهای ریجید استفاده میگردند. در دسترس بودن گسترده این واکنشدهندههای کمکی، امکان تنظیم خواص نهایی PUهای بهدستآمده را می دهد، از این رو می توان، پلییورتانهای فلکسیبل تا نیمه سخت و ریجید (بسته به نسبت بین سگمنتهای نرم و سگمنتهای سخت) را تولید کرد، که می تواند در کاربردهای مختلف از جمله مبلمان (به عنوان فوم های فلکسیبل)، فوم های ریجید عایق دیوار و سقف، کفش ترموپلاستیک و وسایل پزشکی، یخچال های تجاری، چسب ها و درزگیرها و روکش ها استفاده شود. یک طرح طبقه بندی کلی PU و برخی از کاربردهای صنعتی اصلی فعلی آن ها در شکل ۲ ارائه شده است.
علاوه بر این، در کشورهای اتحادیه اروپا، پلی یورتان ها حدود ۷.۸٪ از کل مواد پلاستیکی تولید شده را تشکیل می دهند که آن ها را در رتبه ششم مصرف مواد پلاستیکی قرار می دهد. مزیت استفاده از پلی یورتان ها برای جایگزینی پلاستیک های مصنوعی (مانند پلی استایرن، پلی وینیل کلراید و لاستیک های مصنوعی) یا پلیمرهای طبیعی (یعنی چرم) غیرقابل انکار است، همچنین با توجه به امکان استفاده از پلی ال هایی با منبع زیستی، که اثرات زیست محیطی PU را کاهش می دهد، این سیستم های پلیمری را سبزتر از همتایان مبتنی بر مواد نفتی می کند. علاوه بر این، پوشش های پلی یورتان پایه آب، از آب به جای حلال های آلی سمی استفاده می کنند. در میان جالبترین ویژگیها، جدا از افزایش خواص الکتریکی یا چسبندگی، PU دوام بالا (بیشتر از پلی وینیل کلراید) و مقاومت بالا در برابر حلالها/ترکیبات مختلف (یعنی آب، حلالهای آلی و روغنها) از خود نشان میدهند. این ویژگی ها طول عمر بسیار طولانی چندین محصول، قطعات و اجزای مبتنی بر پلی یورتان را توجیه می کند. با این حال، به دلیل انباشت زباله های پلی یورتان پس از مصرف، همچنین با در نظر گرفتن فرسودگی محصولات مبتنی بر PU مانند کفش یا لباس، این مواد تأثیر زیست محیطی مهمی دارند.
بنابراین، همانطور که با افزایش تعداد انتشارات در مجلات معتبر در مورد این موضوع (شکل ۳) مشهود است، در حال حاضر بازیابی و بازیافت پلی یورتان ها در پایان عمر از اهمیت فوق العاده ای برخوردار است، تا از محصور شدن آن ها در محل دفن زباله جلوگیری شود. علاوه بر این، استراتژی های بازیافت و بازیابی پلی یورتان ها با کاهش قابل توجه ذخایر جهانی سوخت های فسیلی مانند نفت خام، یعنی مواد خامی که شیمی پلی یورتان ها اساساً بر آن استوار است، ایجاد می شود.
به طور کلی فرآیندهای بازیافت را می توان به صورت زیر طبقه بندی کرد:
- بازیافت اولیه: پلاستیک بازیافت شده با ویژگی های عملکردی که معادل آن هایی است که با استفاده از پلاستیک های بکر ساخته شده اند، استفاده می شود. این شامل بازیافت مکانیکی حلقه بسته است.
- بازیافت ثانویه: پلاستیک بازیافتی در محصولاتی استفاده میشود که نسبت به کاربرد اصلی نیازهای عملکردی کمتری دارند. این شامل بازیافت مکانیکی حلقه باز و همچنین بازیافت فیزیکی است.
- بازیافت سوم: پلاستیک زباله به عنوان ماده اولیه در فرآیندی استفاده می شود که مواد شیمیایی (مانند مونومرها و/یا سایر ترکیبات) و سوخت تولید می کند. به همین دلیل به آن بازیافت مواد اولیه نیز می گویند و شامل بازیافت شیمیایی و ترموشیمیایی می شود. تخریب میکروبی هنوز در این دسته قرار می گیرد.
- بازیافت کواترنر: انرژی از زباله های پلاستیکی با سوزاندن بازیافت می شود.
این استراتژی های بازیافت برای پلی یورتان ها اعمال شده و در شکل ۴ ارائه شده است. هر یک ویژگیهای متعددی را نشان میدهد که همیشه توسط جوامع دانشگاهی و صنعتی بهخوبی شناخته شده نیست، بهویژه افرادی که به طور خاص با این موضوع تحقیق آشنا نیستند.
در حال حاضر، مسیرهای اصلی بازیافت پلی یورتان ها، که در مقیاس تجاری/صنعتی ترجیح داده می شوند، شامل بازیافت مکانیکی، فیزیکی و مواد اولیه بوده که بر اساس واکنش تخریب و/یا پلیمریزاسیون است. هیدرولیز یا گلیکولیز نشان دهنده استراتژی بازیافتی است که عمدتاً مورد بهره برداری قرار گرفته است: در واقع، امکان بازیابی پلی ال هایی را فراهم می کند که می توانند مستقیماً برای ساخت سیستم های پلی یورتان جدید (یعنی پلی یورتان های احیا شده) مجدداً استفاده شده وتا ۵۰ درصد پلی ال های بکر با نمونه های بازیابی شده در فناوری فوم پلی یورتان را تولید کنند. سه پیوندی که بیشتر در معرض تجزیه هیدرولیکی هستند، استر، اوره و یورتان هستند. پیوند اوره می تواند هیدرولیز شده و اسید کاربامیک و آمین تشکیل دهد. اسید کاربامیک معمولاً ناپایدار بوده و معمولاً تحت واکنشهای بیشتری قرار میگیرد. پیوند یورتان، اگرچه کمتر حساس است، ممکن است تحت هیدرولیز قرار گرفته تا یک اسید کاربامیک و الکل پیش ساز تولید کند. از نظر فرآیند ترموشیمیایی، آنچه مرتبط است، پایداری حرارتی پیوندهای درون زنجیره پلیمری است. همانطور که قبلا توضیح داده شد، چندین گروه شیمیایی در یک زنجیره پلی یورتان وجود دارد. سرعت تخریب حرارتی و شروع آن به شدت به گروه خاصی که در نظر گرفته شده است بستگی دارد. شروع تجزیه آلوفانات در حدود ۱۰۰-۱۲۰ درجه سانتیگراد بوده، در حالی که دمای تفکیک پیوند بیورت در حدود ۱۱۵-۱۲۵ درجه سانتیگراد انجام می شود. این واکنش های تجزیه تا حدودی برگشت پذیر هستند. آن ها به یورتان یا اوره که از آن تشکیل شده اند باز می گردند. پیوند یورتان مبتنی بر ترکیبات آروماتیک، تفکیک حرارتی خود را در حدود ۱۸۰ درجه سانتیگراد، یعنی قبل از تفکیک حرارتی پیوند اوره (که در حدود ۱۶۰ تا ۲۰۰ درجه سانتیگراد رخ می دهد) آغاز می کند. یورتان می تواند به ایزوسیانات و پلی الی که از آن تشکیل شده است تجزیه شود. این واکنش همچنین می تواند منجر به تشکیل آمین ها و الفین ها و تولید co2 منجر شود که به صورت گاز از بین می رود. گروه ایزوسیانورات بسیار پایدار بوده و تجزیه آن در حدود ۳۰۰ درجه سانتیگراد شروع می شود. در حالی که استر ضعیف ترین حلقه در هیدرولیز است، اکنون این اتر است که ضعیف ترین حلقه در اکسیداسیون حرارتی محسوب می شود. ترتیب پایداری پلی اترها در برابر اکسیداسیون حرارتی به شرح زیر است: پلی تترا متیلن اتر گلیکول پایدارتر از پلی (اتیلن اکسید) گلیکول بوده که به نوبه خود پایدارتر از پلی (پروپیلن اکسید) گلیکول است.
بدون دیدگاه