تاریخچه پلی یورتان
پلی یورتانها که گاهی به اختصار یورتان نامیده میشوند، مجموعه نسبتاً جدیدی از پلیمرهای بسیار مهماند که طی ۳۰ سال اخیر مصرف آنها در تهیه اسفنجها، الیاف مصنوعی، روکشها، رنگها، چسبها و الاستومرها به سرعت افزایش یافته است. گروه عاملی یورتانی–NH-C(=O)-O- مشخصکننده این پلیمرها است. باید توجه داشت که گروههای مشخص دیگری مثل استر، آمید،بی اوره و آلوفانات نیز در ساختمان پلیمری آن ها وجود دارند .
تاریخچه یورتانها به سال ۱۸۴۹ برمیگردد، یعنی زمانی که ورتز برای اولین بار با انجام واکنش یک سولفات آلی و یک سیانات، یک ایزوسیانات آلیفاتیک را سنتز نمود و پس از آن نیز تعدادی ایزوسیانات توسط وی سنتز شد. ولی تا سال ۱۹۳۷، اقدامات چندانی در این زمینه صورت نگرفت، تا اینکه در این سال دکتر اتوبایر آلمانی با انجام واکنش بین ایزوسیاناتهای آلیفاتیک و دی اول آلیفاتیک (گلایکول) تحت شرایط رفلاکس، نوعی پلیمر خطی با جرم مولکولی بالا بدست آورد . الیاف بدست آمده از این مواد در سال ۱۹۴۱ تحت نام پرلون یو و وایگامیدیو به بازار عرضه شدند و پس از آن استعداد کاربرد این مواد در چسبها، اسفنجها، روکشها و چرمهای مصنوعی نیز مورد توجه قرار گرفت. در سال ۱۹۵۲ ولکالان که نوعی از الاستومرهای قابل ریختهگری پلی یورتانها است، در آلمان ساخته شد. ولکانها از اولین لاستیک های پلی یورتان بوده و از ترکیب دی ایزوسیاناتهای مختلف و پلیاستر به دست میآیند.
زمینههای دیگر کاربرد پلی یورتانها در تهیه اسفنجها (نرم، نیمه سخت و سخت)، روکشها، پلاستیکها، چسبها، مواد درزگیر و الیاف است که خواص آنها به نوع مواد اولیه مورد مصرف، درجه پیوند عرضی و همچنین به روش ساخت و تهیه آنها بستگی دارد
1- واکنش های انجام شده در طی زمان مصرف
پایه شیمیایی ترکیبات پلی یورتان بر پایه آب، همگی توسط واحدهای ساختمانی پلی یورتانهای بر پایه حلال ساخته میشوند. عمدتاً آنها دی ایزوسیاناتها، پلی اولها، آمینها، کاتالیستها و افزودنیها هستند. بعد از اینکه پلی اول و پلی ایزوسیانات باهم مخلوط میشوند، واکنشهای شبکهای شدن و جانبی شروع میشوند. ابتدا ویسکوزیته پوشش به آرامی افزایش مییابد و تا نقطه ژل شدگی به سرعت ادامه مییابد. زمان مصرف گاهی اوقات به مدت زمان لازم برای دو برابر شدن ویسکوزیته اطلاق میشود، بنابراین مهم است که چه مدت زمانی پوشش میتواند هنوز یک فیلم مطلوب را بدهد . واکنشهای افزایشی همزمان گروههای ایزوسیانات با پلی اول که منجر به تهیه پیوندهای یورتانی میشود. در واکنش دوم، گروههای ایزوسیانات باقیمانده با آمینها واکنش داده و پیوندهای اوره تشکیل می شود.
واکنش سوم بین ایزوسیانات با آب انجام میشود. گروههای ایزوسیانات به آمینها و اوره هیدرولیز میشوند. پلی یورتانهای پخش شده در حقیقت، پلی یورتان- پلی اوره پخش شده هستند. گروههای اوره ایجاد شده در سیستمهای پلی یورتان تا حدی مطلوب است.
برای این سیستمها، مدت زمان مصرف حدود ۴-۵ ساعت است. در طی این مدت مقدار NCO به حدود ۲۰درصد کاهش مییابد علاوه بر این PH نیز کاهش مییابد. مشخص شده است که گروههای NCO در اثر واکنش با آب به اوره تبدیل شدهاند و گروههای NCO با OH واکنش دادهاند که یورتان تشکیل شده است؛ همچنین دی اکسید کربن تشکیل شده در اثر واکنش NCO با آب نیز PH را کاهش می دهد . توانایی گروه ایزوسیانات در انجام واکنش با موادی که دارای هیدروژن فعال هستند و همچنین با خود، پایه و اساس شیمی پلی یورتان را تشکیل میدهد. این واکنشها عبارتند از:
واکنش های انتقال هیدروژن بین مولکولی
گروه ایزوسیانات با ترکیبات دارای اتم هیدروژن فعال، شدیداً میل ترکیبی داشته و پیوند دوگانه بین کربن و نیتروژن آن ظرفیت انجام واکنش افزایشی آنیونی را با تعداد زیادی از گروههای دارای اتم هیدروژن فعال، دارد. این نوع پلیمرشدن افزایشی با جابجایی در مولکول میگویند. در این نوع پلیمرشدن هیچ نوع محصول جانبی بدست نمیآید، مگر اینکه در محیط واکنش آب و یا گروه هیدروکسیل وجود داشته باشد که در این صورت دی اکسید کربن تولید میشود. واکنش پذیری گروه ایزوسیانات توسط ساختمان الکترونی آن قابل توضیح است.
.