پلي اورتان چيست؟

پلي اورتان چيست؟

پلي اورتان يا پلي ‌يورتان polyurethane rubber – PU به دسته‌اي از مواد شيميايي گفته مي‌شود كه از واكنش پلي ال‌ها و ايزوسيانات‌ها به‌عنوان مواد اصلي تشكيل دهنده ساخته مي‌شوند.

پلي اورتان ها را اتو باير در سال ۱۹۳۷ در آلمان كشف كرد و بعد از آن اين مواد با داشتن خواص ويژه پيشرفت بسيار زيادي را در انواع صنايع جهان داشتند.

پلي اورتان (PU) نام عمومي پليمرهايي است كه داراي پيوند يورتاني مي باشند. پيوند يورتاني از طريق واكنش افزايشي بين يك گروه ايزوسيانات و يك تركيب داراي هيدروژن فعال مثل گروه هيدروكسيل تشكيل شده است. گروه هاي ايزوسيانات به شدت واكنش پذير بوده و به همين علت پيشرفت واكنش آنها نياز به افزايش دما ندارد.(واكنش در دماي محيط صورت مي گيرد) مهمترين ويژگي اين گروه از پليمرها اين است كه پس از واكنش ساختاري پايدار بوجود مي آيد. خلاصه اينكه، پلي اورتان در اشكال مختلف مانند: فراورده هاي فوم، فيلم، الاستومرها، پودرها، مايعات و امولوسيون ها قابل توليد هستند.

تركيباتي كه داراي گروه ايزوسيانات هستند عبارتند از:

1. ۲و۴ يا ۲و۶ تولوئن دي ايزوسيانات
2. ۴و۴ يا ۲و۴ دي فنيل متان دي ايزوسيانات
3. ۱و۶ هگزا متيلن دي ايزوسيانات

علاوه بر موارد ذكر شده، تركيبات ايزوسياناتي ديگري نيز وجود دارند.

تركيباتي كه داراي دو گروه هيدروكسيل (OH) يا بيشتر باشند را پلي اُل مي نامند و بطور معمول از گونه هاي زير استفاده مي شود:

1. پلي اتر پلي ال
2. پلي استر پلي ال
3. پلي كربنات پلي ال
4. پلي كاپرولاكتون پلي ال

به علاوه، به جاي گروههاي هيدروكسيل، تركيباتي مثل اسيدهاي كربوكسيليك و آمينها، كه داراي هيدروژن فعال هستند نيز مي توانند در تركيب با ايزوسياناتها مورد استفاده قرار گيرند. به همين دليل، زمانيكه صحبت از پلي اورتانها مي شود، مي توان گفت كه گونه هاي بيشماري از آنها وجود دارد. با توجه به آنچه گفته شد مي توان نتيجه گرفت، پلي اورتانها در موارد گوناگوني مانند: فومهاي نرم، فومهاي سخت، الاستومرها، چسبها، روكش ها و پايه هاي رنگي بكارگرفته مي شوند.

كاربرد پلي اورتان در چيست؟

پلي اورتانها به شكلهاي مختلف از جمله فومهاي نرم، فومهاي سخت؛ الاستومرها، ترموپلاستيك الاستومرها، رزين، رنگ، پوشش، چسب، انواع جلادهنده و… در دنيا كاربرد دارند. يكي از كاربردهاي پلي اورتانها، استفاده به عنوان پوشش لوله‌هاي مدفون در خاك با هدف حفاظت در برابر خوردگي مي باشد. پلي اورتان مورد استفاده در اين روش، از نوع ۱۰۰% جامد و با مواد اوليه ۲ جزئي است ولي نبايستي چسبندگي زيادي به سطح لوله از اين پوشش توقع داشت. پلي اورتان‌ها در شرايط كاربري خاص مانند دماي بالاي خط لوله و يا تعميرات پوشش اصلي كاربرد دارند و كمتر به عنوان پوشش اصلي خطوط انتقال استفاده مي شوند. استفاده از پوشش‌هاي پلي اورتان جهت پوشش داخلي خطوط انتقال كاربرد بسيار محدودي داشته و به علت آزادكردن تركيبات سمي ايزوسيانات جهت پوشش داخلي توصيه نمي‌گردد. كاربرد پلي ن تركيبات نيز به طور پيوسته رو به توسعه است.

مثالهاي متعددي براي كاربردهاي فراوان اين تركيبات وجود دارد، از جمله پوششهاي شفاف براي پوشش دهنده هاي تك لايه مخصوص بامها و رنگهاي مشخص كردن محل گذر عابرين پياده و غيره….

كاربرد پلي اورتانها و پلي اوره ها در كفپوشها انواع فناوري كاربرد پوشش هاي كف همگي بر دو اصل استوارند. يكي از آنها فناوري فيلم نازك است كه يك يا چند پوشش با ضخامت حدود ۵۰ تا ۱۲۵ ميكرون روي سطح كف پوشش داده مي شود. درزگيري و غبارزدايي نيز از جمله مراحل مهم در اين روش محسوب مي شوند كه هدف نهايي آنها رسيدن به كفپوشهايي با طرح هاي زير و مزين است. رزين هاي مورد مصرف در پوششهاي كف عبارتند از: آلكيدها، اپوكسي ها يا اپوكسي استري بر پايه آب و حلال، مخلوط هاي معلق، آميخته هاي پلي اورتاني بر پايه آب و انواع پليمرهاي آكريليكي، بهترين حالت براي اين نوع كفپوشها آن است كه اثر مواد شيميايي يا آب روي سطح كفپوش براحتي برطرف شود و لكه اي بر جاي نماند. پوشش هاي آلكيدي در مقابل سودسوز آور بسيار ضعيف عمل مي كنند.

مقاومت پلي اورتان ها در برابر سايش ضربه و ترك خوردگي بسيار خوب است، از جمله ويژگي هاي آنها پخت سريع و كامل در دماي محيط است. پلي اورتانها آليفاتيك از انواع آروماتيك گرانتر هستند. به همين خاطر انواع آروماتيك و نمونه هاي اپوكسي دار در استري ها، رنگهاي پايه و پوششهاي رابط بكار مي روند. در حالي كه آليفاتيك ها ويژه پوشش نهايي هستند. استفاده از پوشش هاي محافظ براي جلوگيري از پديده خوردگي در ساختارهاي فولادي كه آستر و پوشش پايه آنها از نوع سامان هاي اپوكسي دار است، نمونه اي از كاربردهاي مهم پلي اورتانها محسوب مي شوند. مورد ديگر، سامانه هاي پوشش دهنده كف است كه در آنها نيز انواع پوششهاي پايه را مي توان بكار برد، گاهي پوشش نهائي از نوع يورتان براي لايه نهايي كف نيز كفايت مي كند.

پوششهاي پلي اوره در چند سال اخير فناوري پوششهاي پلي اوره گسترش و كاربرد يافته است. از مزاياي اصلي اين نوع پوششها سخت شدن بسيار سريع آنهاست كه نتيجه آن، دسترسي به يك فناوري پرشتاب است. در سامانه هاي پلي اوره بر پايه هگزامتيلن دي ايزوسيانات (TMXDI) پوشش پاشيده شده روي بلوك يخ در عرض ۲۰ ثانيه سخت مي شوند، ساختار TXMDI در شكل ۱ آمده است. پوششهاي پلي اوره در پوشش دهي خطوط لوله هاي انتقال نفت كاربرد دارند و مقدار جريان كاتدي مورد نياز در حفاظت كاتدي را كم مي كنند. در بسياري از موارد سامانه هاي پلي اوره همانند پلي اورتانهاي دو جزئي هستند. سامانه پوششي در پلي اورتانهاي متداول از يك بخش A متشكل از پلي اوره و در صورت نياز رنگدانه و يك بخش B كه غالباً سخت كننده است، تشكيل مي شود. همان طور كه پيشتر هم گفته شد، سرعت واكنش تشكيل پلي اوره بي نهايت زياد است، طوري كه تجهيزات پاشش ويژه اي مورد نياز است. زماني بود كه بخش ايزوسياناتي را مونومر MDI تشكيل مي داد. اين نوع سامانه هاي پلي اوره ارزان بوده و خواص خوبي دارند. البته بعدها در اوايل دهه ۹۰ در انگلستان و ايالات متحده سامانه هاي آليفاتيك وارد بازار شدند. در اين سامانه ها پايداري نوري به مراتب بهتر شده و هر گاه كه ايزوسيانات مصرفي TXMDI باشد، سرعت واكنش كمتر مي شود. با اين حال هنوز هم سرعت واكنش تشكيل پلي اوره چن زياد است كه براي پژوهشگران در آزمايشگاه مشكل ايجاد مي كند. زماني كه پلي اوره به طور دستي تهيه مي شود، سامانه پس از چند ثانيه غير قابل استفاده شده و قالبگيري و تهيه فيلم از آن امكانپذير نخواهد بود. با اين حال تهيه نمونه ها به روش پاشش امكانپذير است، ولي هنگامي كه نمونه ها در سردخانه خيلي سرد شوند جابجايي مواد بسيار مشكل است. روش ساخت رنگدانه را به مقداري از آمين و افزودني ها اضافه مي كنند تا مخلوط مناسب براي غلتك كاري بدست آيد. زماني كه مخلوط به حالتي رسيد كه براحتي خرد شود، باقي‌مانده آمين را نيز بدان مي افزايند. در صورت وجود رنگدانه هاي آلي لازم است بجاي توزيع كننده هاي سريع از آسياب غلتكي افقي استفاده شود. همچنين، دماي مخلوط بايد به C 350 برسد.

در مرحله بعد در جو نيتروژن، ايزوسيانات به آهستگي در مدت زمان ۳۰ دقيقه به مخلوط آمين اضافه و به حد كافي هم زده مي شود. بايد اجازه داد كه دماي واكنش گرمازا به C350 برسد و سپس محصول برداشته شود.

از ديگر كاربردهاي پلي اورتان :

با استفاده از پلي اترها به عنوان پلي ال، در سنتز پلي اورتان مي توان كاشتني هاي طولاني مدت تهيه نمود، كه در قلب مصنوعي، كليه مصنوعي، ريه مصنوعي، هموپرفيوژن، لوزالمعده مصنوعي، فيلترهاي خوني، كاتترها، عروق مصنوعي، باي پس سرخرگ ها يا سياهرگ ها، كاشتني هاي دندان و لثه، بيماريهاي ادراري، ترميم زخم، رساندن يا خارج كردن مايعات، نمايش فشار عروق، آنژيوپلاستي، مسدود كردن عروق، جراحي عروق آئورت و كرونري، دريچه هاي قلب سه لتي و دولتي كاربرد دارند.

در صورتي كه از پلي اترها به عنوان پلي ال، در سنتز پلي اورتان استفاده شود، پلي اورتان هاي زيست تخريب پذير مدت تهيه مي شود كه به طور مثال در كانال هدايت بازسازي عصب، ساختارهاي قلبي –عروقي، بازسازي غضروف مفصل و منيسك زانو، براي تعويض و جايگزيني استخوان اسفنجي، در سيستم هاي رهايش كنترول شده دارو و براي ترميم پوست كاربرد دارد.

پلي اورتان : كوپليمري پركاربرد

در اواخر سال ۱۹۸۰ تعدادي از دانشمندان، شيمي، ساختار و مورفولوژي سطح پلي اورتان ها را مورد بررسي قرار دادند و به تدريج روش هاي جديد پوشش دهي سطح به همراه پيوندهاي مواد ديگر به سطح پلي اورتان ها، با هدف بهبود خونسازگاري ابداع شد.

الاستومرهاي پلي اورتاني، خانواده اي از كوپليمرهاي توده اي بخش شده است كه كاربردهاي مهمي در زمينه هاي گوناگون صنعتي و پزشكي پيدا كرده است. اولين پلي اورتان، از واكنش دي ايزوسيانات آليفاتيك با دي آمين به دست آمد. اتو باير و همكارانش اولين بار اين پلي اورتان را معرفي نمودندكه به شدت آبدوست بود و بنابراين به عنوان پلاستيك يا فيبر نمي توانست مورد استفاده قرار گيرد. واكنش بين دي ايزوسيانات هاي آليفاتيك و گليكول ها منجر به توليد پلي اورتاني با خصوصيات پلاستيكي و فيبري گرديد. به دنبال آن، با استفاده از دي ايزوسيانات آروماتيك و گليكول هاي با وزن مولكولي بسيار بالا، پلي اورتاني به دست آمد كه خانواده مهمي از الاستومرهاي ترموپلاستيك به شمار مي رود.

خواص يورتانها از مواد ترموست بسيار سخت تا الاستومرهاي نرم تغيير مي كند. از پلي اورتانهاي ترموپلاستيك، در ساخت وسايل قابل كاشت بسيار مهمي استفاده مي شود، چرا كه داراي خواص مكانيكي خوب نظير استحكام كششي، چقرمگي، مقاومت به سايش و مقاومت به تخريب شدن، به علاوه زيست سازگاري خوب مي باشند كه آنها را در گروه مواد مناسب جهت كاربردهاي پزشكي قرار مي دهد

تخريب پلي اورتان

همه پليمرها امكان تخريب دارد و پلي اورتان ها نيز از اين قاعده مستثني نيست جهت جلوگيري از تخريب پلي اورتان ها روش هاي مختلفي وجود دارد. كه شامل هيدروليز، فتوليز، سلوليز، توموليز، پيروليز (تجزيه در اثر حرارت) وتخريب بيولوژيك، ترك بر اثر استرس محيطي، اكسيد شدن و تخريب بوسيله ميكروب و قارچها مي شود. در حالت بيولوژيك تنش محيطي باعث ايجاد ترك مي شود كه در نهايت شكست ممكن است به وجود آيد و باعث ايجاد تخريب سطحي ويژه در پليمر شود. آنزيم ها نيز مي توانند باعث تخريب پلي اورتان ها شود. تخريب ميكروبي، يك واكنش تجزيه شيميايي است كه به وسيله حمله ميكرو ارگانيسم ها صورت مي گيرد. آنزيم ها و قارچ ها نيز ممكن است پلي اورتان ها را تخريب كند.

پيوندهاي مستعد براي تخريب هيدروليتيك در پلي اورتان ها، پيوندهاي استري و يورتاني است. استرها به اسيد و الكل تجزيه مي شود و پيوندهاي يورتاني در نتيجه تخريب شدن به كرباميك اسيد و الكل هيدروليز مي شود.

تركيبات مسئول تخريب پليمرها در بدن شامل آب، نمك، پراكسيدها و آنزيمها است. به طور كلي مولكولهايي مانند ويتامين ها و راديكالهاي آزاد باعث تسريع كردن تخريب مي شود. اگر پلي اورتان هيدروفوب باشد تخريب معمولاً در سطح مواد انجام مي شود. اگر پلي اورتان ها هيدروفيل باشد، آب در توده پليمر وارد شده و تخريب در سرتاسر ماده اتفاق مي افتد.

تاثير آبدوستي بر ميزان تخريب پلي اورتان :

يكي از مشكلات اصلي كاشت پلي اورتان ها در حالت vivo in تمايل آنها براي آهكي شدن و تخريب شدن است. اكثر ايمپلنت هاي پلي اورتاني در حالت in vivo از طريق هيدروليز تخريب مي شود.

الاستومرهاي زيست تخريب پذيردر ايمپلنت هاي قلبي و عروقي، داربستها براي مهندسي بافت، ترميم غضروف مفصل، پوست مصنوعي و درتعويض و جانشيني پيوند استخوان اسفنجي استفاده مي شود.

مواد هيدروفيل مانند هيدروژل ها، به عنوان سدي براي چسبندگي بافت ها استفاده مي شود. موادي با هيدروفيلي كم، باعث چسبندگي تكثير سلول ها مي شود كه براي داربستهاي مهندسي بافت مناسب است.