فوم های پلی یورتان از شش جزء اصلی ساخته می شوند: پلی ال ها، دی ایزوسیانات ها، عوامل فوم زا، سورفکتانت ها، کاتالیزورها و مواد دیگری همچون: پیوند دهنده ها و گسترش دهنده های زنجیره ای. پلی ال ها و دی ایزوسیانات ها برای تشکیل زنجیره پلیمری اصلی فوم پلی یورتان واکنش نشان می دهند. عامل فوم زا مسئول تولید گاز و ایجاد ساختار متخلخل ماده است. سورفکتانت ها، کاتالیزورها، پیوند دهنده ها و گسترش دهنده های زنجیره به سیستم پلیمری در تثبیت و حفظ سرعت واکنش مطلوب سیستم پلیمری کمک می کنند. افزودنی‌ها خواص بیشتری را ایجاد می‌کنند که به کاربرد مورد نظر فوم بستگی دارد.
پس از تحقیقات سخت، دانشمندان نحوه بهینه سازی واکنش بین گروه های هیدروکسیل و ایزوسیانات و نحوه کنترل خواص پلی یورتان ها را کشف کردند. از دیدگاه کلی، پلی ال ها بخش های انعطاف پذیری از زنجیره پلیمری هستند که به خاصیت ارتجاعی پلی یورتان ها کمک می کنند. وقتی پلی ال ها بیش از حد اضافه می شوند، پلی یورتان های نهایی نرم تر و آبدوست تر به دست می آیند. ایزوسیانات‌ها واکنش‌پذیرتر بوده و مسئول فرآیند پخت هستند و منجر به بخش ریجید پلی‌یورتان‌ها می‌گردند. بنابراین، اضافه کردن ایزوسیانات بیش از حد، پلی یورتان‌های سفت‌تر و آبگریز را ایجاد می‌کند. کاتالیزورها اغلب در تهیه پلی یورتان ها برای افزایش واکنش پذیری بین پلی ال ها و ایزوسیانات ها و اجازه دادن به انجام واکنش در دمای پایین (بیشتر در دمای اتاق) استفاده می شوند. عوامل فوم زا مانند آب در هنگام تهیه پلی یورتان ها برای ایجاد فوم استفاده می شود. آن ها همچنین نقش مهمی در کنترل ساختار و مورفولوژی سلولی با تشکیل حباب‌هایی در پلی‌یورتان‌ها در طول فرآیند فوم سازی دارند. سورفکتانت ها مسئول بهبود پراکندگی پلی ال و ایزوسیانات برای اطمینان از یک سیستم همگن و ایجاد ساختارهای سلولی پایدار با به حداقل رساندن فروپاشی سلول ها در طول فرآیند پخت هستند. گاهی اوقات، مواد افزودنی در پلی‌یورتان‌ها به منظور کاهش هزینه و ارائه کاربردهای خاص مانند بازدارندگی شعله، سرکوب دود در حین احتراق، رنگ، مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش و استحکام مکانیکی استفاده می‌شوند.
- پلی ال: پلی ال یک مولکول آلی حاوی یک یا چند گروه هیدروکسیل (OH ) است. پلی ال های مورد استفاده در تولید فوم پلی یورتان عمدتاً به دو نوع پلی اتر یا پلی استر طبقه بندی می شوند.
- پلی‌ال‌های پلی‌اتر: این‌ها از واکنش اکسیدهای آلی و گلیکول ساخته می‌شوند. پلی یورتان ساخته شده از پلی ال های پلی اتر دارای نفوذپذیری رطوبت بالا، مقاومت در برابر هیدرولیز خوب، عملکرد بهتر و روش تولید ارزانتر است. با این حال، بر خلاف پلی یورتان های پلی استر، فوم های پلی بورتان پلی اتر در برابر اکسیداسیون مقاومت کمتری دارند. انواع رایج پلی اتر مورد استفاده در صنعت پلی یورتان PTMEG و پلی پروپیلن گلیکول (PPG ) می باشد. از بین این دو، PTMEG کیفیت بهتری داشته و گران تر است.
- پلی‌ال‌های پلی‌استر: این‌ها با واکنش اسیدهای دی کربوکسیلیک/انیدریدها و گلیکول‌ها ساخته می‌شوند. خواص پلی یورتان به دست آمده به درجه اتصال عرضی و وزن مولکولی اولیه پیش پلیمر بستگی دارد. انشعاب زیاد باعث ایجاد ساختار سفت تر با مقاومت حرارتی و شیمیایی خوب شده، در حالی که انشعاب کم، نتیجه عکس را ایجاد می کند. وزن مولکولی کم به معنای سفتی بیشتر است، در حالی که وزن مولکولی بالا انعطاف پذیری بیشتری را به همراه دارد. پلی ال های پلی استر به طور کلی به دلیل گروه های عاملی استری موجود در زنجیره پلیمری، مستعد تخریب از طریق هیدرولیز هستند.
- دی ایزوسیانات: همراه با پلی ال ها، ترکیبات دی ایزوسیانات پیش پلیمر سیستم پلی یورتان را تشکیل می دهند. دو نوع اصلی دی ایزوسیانات وجود دارد: آلیفاتیک و آروماتیک.
مطالعه بیشتر : استفاده از ساندویچ پانل های پلی یورتان در صنعت ساخت و ساز
- دی ایزوسیانات های آلیفاتیک: از محبوب ترین ویژگی های آن می توان به زرد نشدن و واکنش پذیری کمتر آن اشاره کرد. دی ایزوسیانات های آلیفاتیک بیشتر در کاربردهایی که ثبات رنگ مورد نیاز است، استفاده می گردد. رایج ترین ADI ها هگزامتیلن (HDI)، هگزامتیلن (HMDI )و ایزوفورون (IPDI ) هستند. این مواد کمتر در تولید فوم استفاده شده و برای ساخت پوشش های الاستومری و آب بندی مناسب تر هستند.
- دی ایزوسیانات های آروماتیک: دی ایزوسیانات های آروماتیک بیش از ۹۰ درصد از کل مصرف دی ایزوسیانات را تشکیل می دهند. این نوع بیشتر به NDI، TDI و MDI تقسیم می شود. فوم های پلی یورتان ساخته شده از دی ایزوسیانات های آروماتیک را می توان در سطوح مختلف سختی فرموله کرد. با این حال، مقاومت اکسیداسیون و پایداری اشعه ماوراء بنفش کمتری دارند.
- تولوئن دی ایزوسیانات (TDI): TDI از فسژناسیون دی آمینو تولوئن حاصل از احیای نیتروتولوئن به دست می آید. اشکال معمولی TDI های مورد استفاده در مقیاس صنعتی، ایزومرهای ۲،۴ و ۲،۶ در یک ترکیب ۸۰/۲۰ هستند. تولید نسبت های مختلف به غیر از ۸۰/۲۰ نیاز به یک فرآیند اضافی دارد. TDI در تهیه فوم های پلی یورتان انعطاف پذیر استفاده می شود.
- متیلن دی فنیل دی ایزوسیانات (MDI): MDI ها از فسژناسیون محصول تراکم آنیلین با فرمالدئید ساخته می شوند. رایج ترین ایزومر مورد استفاده در تولید پلی یورتان، ایزومرهای ۴،۴ خالص است. MDI ها عموماً در تولید فوم های پلی یورتان ریجید و نیمه سخت استفاده می گردند.
- دی ایزوسیانات های نفتالنیک: این نوع در مقایسه با بازار آمریکا که تحت تسلط TDI و MDI است، به طور گسترده در اروپا استفاده می گردد. NDI ها عملکرد برتر و عمر طولانی را برای برنامه های پویا ارائه می دهند. یکی از نقاط ضعف NDI ها نقطه ذوب بالای آن ها بوده که پردازش آن ها را دشوار می کند. علاوه بر این، بسیار واکنش پذیر است.
- · عوامل فوم زا: از عوامل فوم زا برای تولید گاز، برای تولید ساختار سلولی فوم استفاده می گردد. گاز را می توان از طریق روش های شیمیایی و فیزیکی وارد سیستم پلیمری کرد. اولین عامل فوم زای مورد استفاده CFC-11 یا تری کلروفلورومتان بود. این ماده به دلیل عدم احتراق، نقطه جوش مناسب، سازگاری خوب با پلی یورتان و غیر سمی بودن، یک عامل فوم زای ایده آل در نظر گرفته می شد. با این حال، این ماده شیمیایی، همراه با سایر هیدروکلروفلوئوروکربن ها، اکنون از طریق پروتکل مونترال در سال ۱۹۸۷ ممنوع شده است، زیرا تمایل آن به تخریب لایه اوزون بسیار زیاد است. امروزه CFC ها با آب، پنتان، هیدروکربن های متیلن کلرید، آزئوتروپ های بدون هالوژن جایگزین شده اند.
- عوامل فوم زای شیمیایی: عوامل فوم زای شیمیایی با افزودن ترکیباتی که با گروه های ایزوسیانات واکنش داده و دی اکسید کربن ایجاد می کنند، گاز تولید می کنند. یک عامل فوم زای شیمیایی رایج آب است. استفاده از آب به تنهایی مشکلات متعددی مانند دماهای بالاتر ناشی از واکنش گرمازا، ویسکوزیته بالای سیستم پلیمری، مصرف زیاد ایزوسیانات ها و اختلاط ناکارآمد را ایجاد می کند. بنابراین، معمولاً با یک عامل فوم زای فیزیکی استفاده می شود. سایر عوامل فوم زای شیمیایی عبارتند از: ترکیبات آلی قابل انولیزاسیون، پلی کربوکسیلیک اسید و اسید بوریک.
- عوامل فوم زای فیزیکی: از طرف دیگر، عوامل فوم زای فیزیکی با تبخیر یک ترکیب فرار از گرمای تولید شده توسط واکنش پلیمریزاسیون گرمازا عمل می کنند. از زمان ممنوعیت CFC ها و HCFC ها، عوامل فوم زای فیزیکی جدیدی مانند: سیکلوپنتان، CO2 مایع، هیدروکربن های متیل کلرید و آزئوتروپ های بدون هالوژن ایجاد شده اند.
- سورفکتانت ها: سورفکتانت ها افزودنی هایی هستند که به تشکیل، تثبیت و سفت شدن فوم های پلی یورتان کمک می کنند. پرکاربردترین سورفکتانت ها مبتنی بر سیلیکون هستند. سورفکتانت های سیلیکونی عملکردهای مهمی مانند: کاهش کشش سطحی، جلوگیری از فروپاشی فوم تا زمان اتصال عرضی، کنترل اندازه سلول، جلوگیری از انقباض سلول پس از پخت و مقابله با هرگونه تغییر شکل ناشی از افزودن مواد جامد به سیستم را انجام می دهند.
- کاتالیزورها: کاتالیزورها برای کنترل سرعت واکنش گروه های ایزوسیانات و هیدروکسیل و سرعت تولید گاز استفاده می گردند. این فرآیندهای پلیمریزاسیون و تولید گاز معمولاً باید به طور همزمان انجام شوند. اگر فرآیند پلیمریزاسیون سریعتر از تولید گاز پیش برود، سلول‌ها تمایل دارند بسته بمانند، که باعث می‌شود فوم در حین پخت و سرد شدن منقبض گردد.
- کراس لینکرها و گسترش دهنده های زنجیره ای: این ها پلی ال هایی با وزن مولکولی کم هستند که برای پخت سیستم پلی یورتان استفاده می گردند. خواص الاستومری فاز جامد پلی یورتان، مانند استحکام کششی، خمشی و پارگی، از درجه اتصال عرضی و گسترش زنجیره ناشی می شود. گسترش‌دهنده‌های زنجیره عبارتند از: گلیسرول، اتیلن گلایکول و دی آمین.
- سایر افزودنی ها: این ها شامل آنتی اکسیدان ها، تثبیت کننده های UV، عوامل ضد الکتریسیته ساکن، نرم کننده ها، بازدارنده های شعله، رنگدانه ها، عوامل رهاساز قالب و پرکننده ها هستند. مجموعه خاصی از مواد افزودنی در سیستم پلیمری ترکیب می شود تا خواص مورد نظر را برای کاربرد ایجاد کند.
بدون دیدگاه