مکانیسم و ساختار رنگ‌های پلی اورتان

پلی اورتان ها طیف گسترده و پر کاربردی از پوشش در صنعت رنگ می باشند ، ویژگی های منحصر به فرد پلی اورتان باعث شده است که مورد توجه بسیاری از مصرف کنندگان قرار بگیرد، رنگ های پلی اورتان  دارای چندین ویژگی هستند  که می توان به مقاومت آن در برابر رطوبت ، مواد شیمیایی  ، چسبندگی و ضد خش بودن انها اشاره کرد . آنچه در پلی اورتان مورد توجه قرار گرفته مربوط به نوع واکنش بین مولکولی اجزای سازنده آن می باشد که تولید باند کووالانسی میکند و توسط مکانیسم SN2 در شیمی آلی تشکیل گروه عاملی اورتان را منجر می شود که به مجموعه ای از این باندهای اورتانی ، پلی اورتان می گوییم . پیوند اورتانی همواره بین گروه عاملی هیدروکسیل -OH با گروه عاملی ایزوسیانات -NCO درحضور یک کاتالیست اسید لوئیس یا آمین های نوع 3 صورت میگیرد .

همانطور که در واکنش تشکیل اورتان مشاهده می شود این واکنش هیچگونه ماده جانبی مانند آب ، متانول ، دی اکسید کربن  ناشی از واکنش ها  را آزاد نمی کند  و در علم پلیمر در تشکیل یک فیلم پلیمری  این یک مزیت بسیار ویژه است زیرا این خصیصه  پلی اورتان را از وابستگی به شرایط محیط اطراف تا حد زیادی مبرا می کند ، بطور مثال واکنش بین رزین های الکید هیدروکسیل دار با رزین  اوره فرم الدهید  چه توسط کاتالیست سوپر اسیدی پروتون دار  +H و چه در شرایط کوره ای همواره  آب و مقادیری متانول و نرمال بوتانل به عنوان محصول جانبی  به صورت گاز خروجی از واکنش آزاد می کنند  به همین علت هست که بطور کلی نیم پلی استرها یا اسید کیور ها در شرایط جوی دارای رطوبت به مشکل خشک شدن و سخت شدن برمی خورند چرا که رطوبت محیط از پیشرفت واکنش در اثر خروج آب جلوگیری می کند ،اما پلی اورتان اینگونه نیست چون مکانیسم واکنش آن خروجی خاصی ندارد و از طرفی پایداری سطح انرژی باند اورتان که شامل توامان پیوند آمیدی – استری است بسیار بالاست و همین عامل است که باعث مقاومت شیمیایی آنها می شود.

در پلی اورتان ما با دو بخش درگیر هستیم  یکی جزء A که شامل رزین هیدروکسیل دار و دیگری جزء B که شامل رزین دارای ایزوسیانات می باشد. برای شناخت کامل پلی اورتان بهتر است هر جزء را به بخوبی بشناسیم : 

انواع جزء A: هر رزینی که دارای گروه هیدروکسیل مازاد OH exess باشد به نحوی که حداقل  ۳۰٪ از ارزش هیدروکسیل آن رزین شامل هیدروکسیل نوع 1 در دسترس باشد می تواند در واکنش تشکیل پلی اورتان شرکت کند. 

بنابراین سه تیپ رزین شامل اکریلیک پلی اُل ، الکید پلی اُل ، پلی استر پلی اُل از پر کاربردترین رزین های جزء A در تشکیل پلی اورتان خواهند بود. هر کدام از این رزین ها دارای کاربردی خاص و مزایایی در  پلی اورتان ها خواهد داشت که شامل موارد زیر است : 

الکید پلی اُل: الکیدهای شورت اویل ( سویا و کرچک) هیدروکسیل داری هستند که  عمدتاً در تولید رنگ های پلی اورتان صنایع چوبی کاربرد دارند به این علت که الکید ها اویل بیس هستند و با مسئله زردگرایی مواجه می شوند و بیشتر برای مصرف فضاهای داخلی که در معرض نور مستقیم نیستند به کار می روند. اما مزیت آنها سازگاری و چسبندگی آن به الیاف سلولزی چوب می باشد از طرفی پلی اورتان  ناشی از الکید پلی اُل ها سریع خشک و ضد رطوبت  هستند و نوعی زیبایی کلاسیک به مصنوعات چوبی می دهند.

پلی استر پلی اُل: پلی استر همان رزین الکید است که بجای اسید چرب، دارای اسیدهای سنتتیک می باشند ، مقاومت نوری و مقاومت شیمیایی پلی استر بسیار بیشتر از الکیدها هست ، پلی استرهای پلی اُل عمدتا ساختاری شاخه دار Branched دارند و برای واکنش درتشکیل پلی اورتان حتماً باید دارای هیدروکسیل نوع 1 در دسترس باشد چراکه پلی اورتان های ناشی از پلی استر پلی اُل ها اندکی دیرخشک هستند و به همین خاطر عمدتاً با هاردنر ایزوسیانات آروماتیک استفاده می شوند و برای مصارف داخلی عاری از نور مستقیم ویا  تولید پرایمرهای  پلی اورتان و یا کف پوش های پلی اورتان کاربرد دارند. 

اکریلیک پلی اُل: رزین هایی هستند با ساختاری خطی و منعطف و با کمترین منومرهای آروماتیک  که طی مکانیسمی رادیکالی از چندین  منومر اکریلاتی غیر اشباع ، منواستایرن و منومر اکریلاتی هیدروکسیل دار تولید می شوند. تمامی گروه هیدروکسیل در رزین اکریلیک در دسترس است و همگی در واکنش پلی اورتان شرکت می کنند. از ویژگی مهم اکریلیک پلی اُل  مقاومت نوری و شیمیایی آن است و عمدتا در تولید رنگ و لاک رویه پلی اورتان در رنگ های اتومبیلی و همچنین رنگ رویه نهایی در صنایع نفت و پتروشیمی استفاده می شود.و البته گاهی با اصلاحاتی قابلیت مصرف در صنایع چوبی و دکوراسیون را نیز خواهد داشت.

انواع جزء B: سخت کننده های پلی ایزوسیانات شامل الیگومر و تریمر و دیمرهایی از چندین منومر دارای گروه  ایزوسیانات هستند و شامل سه نوع زیر می باشند

آروماتیک: مالئیک دی ایزوسیانات TDI  , MDI تولوئن دی ایزوسیانات 

آلیفاتیک: HDI هگزا دی ایزوسیانات  ,  هگزا دی متیل ایزوسیانات  HDMI

سیکلو آلیفاتیک: ایزو فوران دی ایزوسیانات IPDI

هر طیف از پلی ایزوسیانات ها توسط یه نوع مکانیسم خاص بنام های : اداکت ، بیورات ، ترایمر تولید و عرضه می شوند .

هرگاه در رنگ پلی اورتان به دنبال ویژگی سختی و سریع خشکی باشیم بایستی از هاردنر ایزوسیانات اداکت آروماتیک استفاده کنیم  البته به علت آروماتیسیته در TDI و رزونانس زوج الکترون نیتروژن N در ساختار آن مقاومت نوری کاهش یافته و موجب زردگرایی می شود این معضل یک رفتار ترمودینامیکی است و با ادتیوهای آنتی UV و HALS قابل رفع نیست . 

هرگاه هدف ما انعطاف بالا و مقاومت نوری همراه با مقاومت جوی بالا مدنظر باشد انگاه بایستی از هاردنر های آلیفاتیک و سیکلو آلیفاتیک استفاده کرد که فقط این نوع پلی اورتان ها دیرتر خشک و سخت می شوند اما بعد از 210 ساعت به بهترین کیفیت خود می رسند. 

در هر صورت در پلی اورتان عمدتا پلی استر پلی اُل و الکید پلی اُل را با هاردنرهای TDI  و MDI سخت می کنند و اکریلیک پلی اُل ها را با هاردنرهای آلیفاتیک و سیکلو آلیفاتیک HDI ,HMDI ,IPDI  سخت می کنند.

توجه داشته باشید که الکید و پلی استر به علت دارا بودن هیدروکسیل نوع 3 ناشی از منومر گلیسرول در آنها عملا به علت ممانعت های فضایی بخشی از هیدروکسیل هرگز با ایزوسیانات های آلیفاتیک وارد واکنش نمی شود به همین خاطر بهترین گزینه برای آنها استفاده از ایزوسیانات های آروماتیک و فعال تر است .

حال که مکانیسم پلی اورتان را شناختیم پس می دانیم آنچه مانع از سخت شدن یک پوشش پلی اورتان می باشد عاملی بنام هیدروکسیل مزاحم در محیط خواهد بود .

در این مقاله پلی اورتان ها را با جزئیات  شرح دادیم  و امروزه شرکت رنگین کیمیا افتخار دارد به عنوان اولین تولید کننده ایرانی رنگ های پلی اورتان تخصصی صنعت چوب با توجه به نیاز مشتری در بهبود کیفیت کار نهایی سال ها تحقیق و توسعه نموده و لیست محصولاتی شامل سی نوع پوشش پلی اورتان را به بازار ایران و خاورمیانه عرضه می کند.

تولید و گردآوری: مجموعه صنعتی رنگین کیمیا

کلیه حقوق این مطلب برای رنگین کیمیا محفوظ می‌باشد.