استفاده از مایکرووِیو برای تولید پلی یورتان غیر ایزوسیاناتی در فرآیند پیوسته:

رزین‌های پلی‌یورتان (PU) با افزودن پلی‌ایزوسیانات ها و پلی‌ال ها تولید می‌شوند. در اوایل توسعه، PU به عنوان جایگزینی برای لاستیک طبیعی در طول جنگ جهانی دوم استفاده شد. ساختار PU از یک بخش سخت از یک گروه کاربامات (-NHCOO ) و یک بخش نرم از پلی‌ال‌های زنجیره بلند تشکیل شده است. بخش سخت یک گروه قطبی است، در حالی که بخش نرم نیروی جاذبه ثانویه را از طریق پیوند هیدروژنی و درهم تنیدگی مولکولی زنجیره پلیمری فراهم می‌کند که باعث افزایش خواص عملکرد PU می‌شود. کاربردهای گسترده تر آن شامل پوشاک، کفش، لوازم خانگی، ساخت و ساز، خودرو، هوافضا و پوشش و غیره است. کیهارا و همکارانش در سال ۱۹۹۶ میلادی یک مسیر مصنوعی غیر فسژنی برای رسیدن به رزین PU را با استفاده از واکنش رزین اپوکسی با دی‌اکسید کربن با کربنات حلقوی، سپس باز شدن کربنات حلقوی با آمین‌ها به سمت PU منتشر کردند. این آماده‌سازی پلی‌یورتان، از ایزوسیانات‌ها به عنوان واسطه استفاده نمی‌کند، بنابراین به آن “پلی‌یورتان غیر‌ایزوسیاناتی” NIPU) ) می‌گویند. یکی از مشکلات فرآیند NIPU این است که به بیش از ۴۸ ساعت برای واکنش حرارتی باز شدن حلقه با دی‌آمین نیاز دارد تا محصول نهایی NIPU به دست آید.
گدی و همکارانش در سال ۱۹۸۶ میلادی دریافتند که کارایی واکنش‌های سنتز آلی را می‌توان با استفاده از تشعشعات مایکروویو بهبود بخشید. زمان واکنش آن را می‌توان به طور قابل توجهی به ۱.۶~ ۱.۲۴۰واکنش گرمایش معمولی کاهش داد. از آن زمان، مایکروویو به طور گسترده در سنتز شیمیایی استفاده شده است. گرمایش به کمک مایکروویو همچنین می‌تواند برای واکنش‌های شیمی آلی مختلف، از جمله واکنش‌های بازآرایی، واکنش‌های سنتز هتروسیکل، واکنش‌های آلکیلاسیون، واکنش‌های اکسیداسیون واکنش‌های جایگزینی و غیره اعمال شود.
اگرچه بیشتر مطالعات در راکتورهای آزمایشگاهی کوچک انجام شده است، افزایش مقیاس و استفاده از راکتورهای جریان امکان پذیر است. 

استفاده از مایکرووِیو برای تولید پلی یورتان غیر ایزوسیاناتی در فرآیند پیوسته:

به عنوان مثال، Cablewski و همکارانش در سال ۱۹۹۴ میلادی یک دستگاه مایکروویو جریان عبوری با قابلیت کارکرد در فشار بالا (۱۴ بار) و دمای بالا (۲۰۰ درجه سانتیگراد) برای تولید تری‌متیل‌بنزوات، که حدود ۱۰۰۰ تا ۱۸۰۰ برابر سریعتر از روش گرمایش آماده‌سازی معمولی با نتایج عملکرد یکسان است، توسعه دادند. کوریا و همکارانش در سال ۱۹۹۸ میلادی دریافتند که تابش مایکروویو را می‌توان برای انجام واکنش‌های پلیمریزاسیون امولسیونی در حلال‌های قطبی با سرعت و راحتی بیشتری نسبت به روش‌های گرمایش معمولی استفاده کرد. وزن مولکولی پلی‌استایرن تهیه شده توسط تابش مایکروویو نیز بالاتر بود. با این حال، در صورت استفاده طولانی مدت، خطر انفجار زیاد است و تحقیقات بیشتری برای درک اثرات اساسی امواج مایکروویو بر پلیمریزاسیون مورد نیاز است. این مطالعه سؤالات مهمی در مورد اینکه آیا انرژی مایکروویو می‌تواند مکانیسم و سینتیک واکنش‌های پلیمریزاسیون را تغییر دهد، مطرح می‌کند، که می‌تواند پیامدهای مهمی برای فرآیند تولید پلیمر داشته باشد. بوگدال و همکارانش در سال ۲۰۱۰ میلادی دریافتند که استفاده از شرایط کاتالیزوری انتقال فاز (PTC)در واکنش‌ها منجر به بازده بهتر و واکنش‌های سریع‌تر و تمیزتر در مقایسه با روش‌های معمولی می‌شود. واکنش‌های کاتالیزشده با PTC این قابلیت را داشتند که تا سطوح چند گرمی و حتی کیلوگرمی تولید شوند. نمونه‌هایی از پروتکل‌های موفق PTC شامل تهیه پلی‌(اترکتون)، پلی‌(اتریمید)، رزین‌های اپوکسی با وزن مولکولی کم و پلی‌آریلات‌ها بود. پروتکل‌های PTC واکنش‌های سریع‌تر و تمیزتر را بدون هیچ حلالی ارائه می‌دهند.

محققان دریافته‌اند که تشعشعات مایکروویو فرکانس برخوردهای بین مولکولی را افزایش می‌دهد، زمان واکنش را تسریع می‌کند و به دلیل افزایش بازده، کارایی جداسازی و خالص‌سازی را افزایش می‌دهد. اتلاف انرژی گرمایش معمولی در اثر همرفت ایجاد می‌شود، در حالی که تابش مایکروویو یک میدان الکترومغناطیسی برای ایجاد چرخش مولکولی و اصطکاک بین مولکول‌ها فراهم می‌کند. تایید شد که راکتور مایکروویو متحرک کوچک شده واقعاً می‌تواند کارایی انرژی را بهبود بخشد. چن و همکارانش در سال ۲۰۱۳ میلادی نشان دادند که سیستم تشعشع مایکروویو می‌تواند واکنش باز کردن حلقه کربنات بیس حلقوی (BCC)  را با یک دی‌آمین در یک نمونه در مقیاس آزمایشگاهی در عرض ۱ ساعت انجام دهد. هدف اصلی این کار کاوش در فرآیند افزایش مقیاس NIPU با یک سیستم راکتور لوله جریان داخلی است. کوئرت و همکارانش در سال ۲۰۱۹ میلادی یک روش بدون کاتالیزور برای سنتز پلی‌یورتان آلیفاتیک خطی بدون ایزوسیانات، با استفاده از فناوری مایکروویو توسعه دادند. استفاده از فناوری مایکروویو نتایج امیدوارکننده‌ای را در کاهش قابل توجه زمان واکنش برای سنتز پلی‌ (هیدروکسی)‌ یورتان نشان داده است. علاوه بر این، تهیه موفقیت‌آمیز نانوذرات پلی (هیدروکسی) یورتان از طریق نانو رسوب، پتانسیل آن‌ها را برای استفاده در کاربردهای مختلف برجسته می‌کند. انتخاب حلال، مانند DMSO، نقش مهمی در تأثیرگذاری بر اندازه و پایداری نانوذرات دارد. این یافته‌ها به پیشرفت تکنیک‌های سنتز پلی‌یورتان و تهیه نانوذرات با استفاده از مایکروویو کمک می‌کند. رازلی و همکارانش در سال ۲۰۲۲ میلادی محدودیت‌های روش‌های سنتز PU سنتی، به ویژه از نظر زمان و مصرف انرژی را برجسته کرد. به عنوان یک جایگزین، محققان، سنتز به کمک مایکروویو را به عنوان یک روش کارآمدتر معرفی کردند. آن ها چشم انداز امیدوارکننده سنتز به کمک مایکروویو و ادغام اجزای زیست تخریب‌پذیر در پیشبرد تولید PU‌های پایدار را برجسته کردند. این تحقیق به ترویج شیوه‌های سبزتر در صنعت پلیمر کمک می‌کند و آینده‌ای پایدار را تقویت می‌کند.
مشخص شده است که پلی یورتان غیر ایزوسیانات (NIPU) از یک واکنش حرارتی باز شدن حلقه بین ترکیبات کربنات دو حلقه ای(BCC) و پلی‌آمین‌ها حاصل می‌شود. BCC را می‌توان از جذب دی‌اکسید کربن با استفاده از یک ترکیب اپوکسید شده به دست آورد. تشعشعات مایکروویو یک فرآیند جایگزین برای گرمایش معمولی برای سنتز NIPU در مقیاس آزمایشگاهی است. فرآیند تشعشعات مایکروویو بسیار کارآمدتر (بیش از ۱۰۰۰ برابر سریعتر) از استفاده از یک راکتور گرمایش معمولی است. علاوه بر این، TOE ( انرژی برگردانده شده) مایکروویو برای یک راکتور آزمایشگاهی (۲۴.۶۱ گرم) ۲۴.۳۸ کیلوژول بر گرم بود. با افزایش اندازه واکنش تا ۳۰۰ برابر با این سیستم جدید تشعشع مایکروویو پیوسته، این مقدار به ۸.۸۹ کیلوژول بر گرم کاهش یافت. این ثابت می‌کند که سنتز NIPU با این فرآیند تابش مایکروویو پیوسته و چرخشی جدید طراحی شده نه تنها یک روش قابل اعتماد صرفه‌جویی در انرژی است، بلکه برای افزایش مقیاس نیز مناسب است و آن را به یک فرآیند سبز تبدیل می‌کند.

برای مشاهده و بررسی انواع محصولات پلی یورتانی  و جزئیات آن ها از طریق منوی موجود در صفحه اصلی  نیک پلی یورتان مقالات و بخش های مرتبط را بررسی کنید.

بدون دیدگاه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *