"پلی یورتان ها" گروهی از پلیمرهای بسیار مهم و پرمصرف هستند كه از واكنش میان گروههای "ایزوسیانات" با برخی از گروه های شیمیایی دیگر نظیر آب، گروه های هیدروكسیل، آمین های نوع دوم و غیره بدست می آیند. واكنش گروه ایزوسیانات با آب، تولید گاز دی اكسید كربن می كند كه این عمر سبب اسفنجی شدن محصول می گردد.
پلی یورتان ها با توجه به نوع و فرمولاسیون ساخت، دارای خواص متنوعی هستند كه كاربردهای وسیعی را برای آن ها به وجود می آورد. این خواص شامل مقاومت در برابر سائیدگی، پارگی و سختی، مقاومت در مقابل مواد شیمیایی و گازهایی نظیر ازن و اكسیژن و پایداری خواص در درجه حرارت های مختلف می باشد. مواد پلی یورتان را می توان را به كمك ساده ترین روش های شكل دهی، یعنی ریخته گری مایع آن تا پیچیده ترین روش ها نظیر "قالب گیری تزریقی واكنشی" مورد استفاده قرار داد. این مواد به لحاظ برخورداری از خواص متنوع در حال حاضر بسیار پر مصرف هستند و در سال 1984 میزان مصرف آن ها به بیش از 3 میلیون تن رسیده است.
تاریخ توسعه پلی یورتان
در سال 1930 "اوتوبایر" كه هیچ رابطه ای با بنیان گذاران كمپانی بایر آلمان نداشت و بعدها سرپرست بخش تحقیقات همان كمپانی شد. به فكر یافتن راهی جدید جهت ساختن نوعی الیاف مصنوعی افتاد كه شبیه الیاف پلی آمید بود و آمریكایی ها قبلاً موفق به تولید آن شده بودند. با این زمینه فكری، ایده ساختن نوعی ماكروملكول از درهم آمیختن دو تركیب شیمیایی با وزن ملكولی كم در یك راكتور پلیمریزاسیون افزایشی در ذهن بایر نقش بست. او در این فكر بود كه با انجام واكنشی همانند پلیمریزاسیون تراكمی، بدون آن كه واكنش به تولید محصول یا محصولات جانبی ختم شود، به ماده مورد نظر خود دست یابد.
بایر برای رسیدن به هدف خود این راه را در پیش گرفت كه دو گروه شیمیایی كاملاً مشابه یكدیگر و قابل تشخص را به دو تركیب شیمیایی مختلف افزوده و سپس طی یك واكنش گرمازا آن ها را از طریق تشكیل یك پیوند شیمیایی به یكدیگر متصل نماید. به نظزر می رسید "ایزوسیانات" مناسب ترین گروه شیمیایی برای واكنش مزبور می باشد، زیرا این امكان وجود داشت كه از تركیب ایزوسیانات با الكل ها، "یورتان ها" تشكیل شوند، و این همان روشی بود كه دكتر بایر در پیش گرفت و به نتیجه رسید.
با وجود آن كه اصول اساسی فرآیندی كه در سال 1937 به كشف پلی یورتان ها ختم شد در سطح جهانی مورد قبول قرار گرفت، اما بسیاری بر این باور بودند كه روش مزبور تنها یك بازی آكادمیك است و هرگز یك ارزش عملی و تجارتی پیدا نخواهد كرد. اتفاقی كه 4 سال بعد رخ داد، به كلی روند توسعه شیمی پلی یورتان را تغییر داد.
در سال 1941، یك آزمایش ناموفق سبب شد تا یم نقطه عطف تاریخی در شیمی پلی یورتان به وجود آید. تعداد بسیار زیادی از تركیبات ریخته گری كه از پلی استرها و دی ایزوسیانات تولید شده بودند به علت حباب هایی كه در آنها تشكیل شده بود، مرجوع گردید.
مهندس آزمایشگاه نظریه خود را به این صورت بر روی تولیدات نوشته بود:
"به كلی غیر قابل استفاده – امكان دارد برای ساخت پنیر تقلبی مورد استفاده قرار گیرد".
به رغم شكست ظاهری آزمایش، تكنولوژیست هایی كه در مورد مسایل كاربردی كار می كردند، خیلی سریع به دلیل پیدایش حباب دست یافتند. آن ها فهمیدند كه برخی از ملكول های پلی استر هنوز حاوی گروه های كربوكسیل هستند كه می توانند با گروه های ایزوسیانات وارد واكنش شده و گروه های "كاربامید" را تشكیل دهند. در اثر این واكنش، گاز دی اكسید كربن تشكیل می شود كه همین گاز سبب ایجاد حباب در محصولات می گردد. این مشكل كه سبب مرجوع نمودن محصولات ساخته شده از پلی یورتان آزمایشسی گردیده بود. به زودی توسط دانشمندان به یك امتیاز قابل توجه تبدیل گشت. در حقیقت، تولید حباب سبب تولید اسفنج می گردید و به همین سبب، افزودن آب به منظور ایجاد گاز دی اكسید كربن (محصول جانبی واكنش) بخشی از فرمولاسیون تولید پلی یورتان را تشكیل داد.
آزمایش های اولیه ای كه در موردپلی یورتان ها و فرمولاسیون های مختلف آن صورت می گرفت، بسیار تشویق كننده بود، با این حال دست یابی به یك فرمولاسیون قابل كنترل زمان درازی را به خود اختصاص داد. در نهایت، محققین توانستند اسفنج های انعطاف پذیر و یا سخت پلی یورتان را از نظر فرمولاسیون طوری كنترل نمایند كه ساختمان سلول های آنها، براساس نیاز مورد مصرف، بهصورت باز و یا بسته باشد.
نخستین واحد تولید ایزوسیانات
"اوتوبایر" كه بعدها در اثر فعالیت های بدون وقفه خود به لقب پرفسوری دست یافت، در سال 1937 نخستین حق امتیاز پلی یورتان را بر مبنای گروه های ایزوسیانات از حكومت رایش دریافت كردو بر مبنای تحقیقاتی كه وی بنیان گذار آن بود، دی ایزوسیانات ها نقش بسیار مهمی را در شیمی پلی یورتان ایفا می كردند.
دی ایزوسیانات ها تركیباتی نظیر "تولوئیلن دی ایزوسیانات TDI "، "دی فنیل متان – دی ایزوسیانات یا منومر MDI " و "هگزا متیل دی ایزوسیاناتHDI " هستند، كه سه گروه از مهم ترین ایزوسیانات ها می باشند.
تولید ایزوسیانات ها، در مقیاس صنعتی، در سال 1941 یعنی درس طی بحران جنگ دوم جهانی و تحت شرایطی بسیار مشكل در آلمان آغاز شد.بنیان گذار این واحد "كارل دویزبرگ" بود كه واحد مزبور را در محل فعلی تاسیسات عظیم كمپانی بایر، یعنی "لوركوزن" به وجود آورد. این واحد، قدیمی ترین مجتمع تولید ایزوسیانات ها و مشتقات آن می باشد، كه تحت شرایط خاصی اداره می شد.
محصولات بدست آمده در مجتمع "لوركوزن" همگی نسبت به رطوبت حساس بودند. حلال های مصرفی كه جهت تولید ایزوسیانات ها به كار می رفتند هرگز دور ریخته نمی شدند و كسانی كه مجتمع مزبور را اداره می كردند ناچار به استفاده از روشهایی جهت بازیابی كامل حلال ها بودند. به بیان دیگر، شرایط خاص آن زمان و همچنین نوع فرآیند ایجاب می كرد كه نوع جدید یا دگرگون شده ای از شیمی تجزیه در این مجتمع به كار گرفته شود.
بعد از سالهای جنگ، نیاز رو به گسترش جهت تولید پلی یورتان ها سبب ایجاد مجتمع های جدید گردید. نخستین واحد تولید در سال 1951 پایه گذاری شد و در آوریل 1953 به بهره برداری رسید. در سال 1954 تولید "TDI " در یك مقیاس بزرگ به صورت نخستین واحد تولید مداوم دی ایزوسیانات ها، آغاز گردید و متعاقب آن در سال 1960 یك واحد تولید مداوم "MDI " و در سال 1964 یك واحد تولید "HDI " آغاز به كار كردند. به این طریق دنیای پلیمرها، روند رو به توسعه صنعت تولید پلی یورتان ها را آغاز نمود، بطوری كه امروز بسیاری از صنایع دنیا خود را از انواع مختلف این مواد بی نیاز نمی دانند.
منبع: ماهنامه صنایع پلاستیك (254)
پلی یورتان ها با توجه به نوع و فرمولاسیون ساخت، دارای خواص متنوعی هستند كه كاربردهای وسیعی را برای آن ها به وجود می آورد. این خواص شامل مقاومت در برابر سائیدگی، پارگی و سختی، مقاومت در مقابل مواد شیمیایی و گازهایی نظیر ازن و اكسیژن و پایداری خواص در درجه حرارت های مختلف می باشد. مواد پلی یورتان را می توان را به كمك ساده ترین روش های شكل دهی، یعنی ریخته گری مایع آن تا پیچیده ترین روش ها نظیر "قالب گیری تزریقی واكنشی" مورد استفاده قرار داد. این مواد به لحاظ برخورداری از خواص متنوع در حال حاضر بسیار پر مصرف هستند و در سال 1984 میزان مصرف آن ها به بیش از 3 میلیون تن رسیده است.
تاریخ توسعه پلی یورتان
در سال 1930 "اوتوبایر" كه هیچ رابطه ای با بنیان گذاران كمپانی بایر آلمان نداشت و بعدها سرپرست بخش تحقیقات همان كمپانی شد. به فكر یافتن راهی جدید جهت ساختن نوعی الیاف مصنوعی افتاد كه شبیه الیاف پلی آمید بود و آمریكایی ها قبلاً موفق به تولید آن شده بودند. با این زمینه فكری، ایده ساختن نوعی ماكروملكول از درهم آمیختن دو تركیب شیمیایی با وزن ملكولی كم در یك راكتور پلیمریزاسیون افزایشی در ذهن بایر نقش بست. او در این فكر بود كه با انجام واكنشی همانند پلیمریزاسیون تراكمی، بدون آن كه واكنش به تولید محصول یا محصولات جانبی ختم شود، به ماده مورد نظر خود دست یابد.
بایر برای رسیدن به هدف خود این راه را در پیش گرفت كه دو گروه شیمیایی كاملاً مشابه یكدیگر و قابل تشخص را به دو تركیب شیمیایی مختلف افزوده و سپس طی یك واكنش گرمازا آن ها را از طریق تشكیل یك پیوند شیمیایی به یكدیگر متصل نماید. به نظزر می رسید "ایزوسیانات" مناسب ترین گروه شیمیایی برای واكنش مزبور می باشد، زیرا این امكان وجود داشت كه از تركیب ایزوسیانات با الكل ها، "یورتان ها" تشكیل شوند، و این همان روشی بود كه دكتر بایر در پیش گرفت و به نتیجه رسید.
با وجود آن كه اصول اساسی فرآیندی كه در سال 1937 به كشف پلی یورتان ها ختم شد در سطح جهانی مورد قبول قرار گرفت، اما بسیاری بر این باور بودند كه روش مزبور تنها یك بازی آكادمیك است و هرگز یك ارزش عملی و تجارتی پیدا نخواهد كرد. اتفاقی كه 4 سال بعد رخ داد، به كلی روند توسعه شیمی پلی یورتان را تغییر داد.
در سال 1941، یك آزمایش ناموفق سبب شد تا یم نقطه عطف تاریخی در شیمی پلی یورتان به وجود آید. تعداد بسیار زیادی از تركیبات ریخته گری كه از پلی استرها و دی ایزوسیانات تولید شده بودند به علت حباب هایی كه در آنها تشكیل شده بود، مرجوع گردید.
مهندس آزمایشگاه نظریه خود را به این صورت بر روی تولیدات نوشته بود:
"به كلی غیر قابل استفاده – امكان دارد برای ساخت پنیر تقلبی مورد استفاده قرار گیرد".
به رغم شكست ظاهری آزمایش، تكنولوژیست هایی كه در مورد مسایل كاربردی كار می كردند، خیلی سریع به دلیل پیدایش حباب دست یافتند. آن ها فهمیدند كه برخی از ملكول های پلی استر هنوز حاوی گروه های كربوكسیل هستند كه می توانند با گروه های ایزوسیانات وارد واكنش شده و گروه های "كاربامید" را تشكیل دهند. در اثر این واكنش، گاز دی اكسید كربن تشكیل می شود كه همین گاز سبب ایجاد حباب در محصولات می گردد. این مشكل كه سبب مرجوع نمودن محصولات ساخته شده از پلی یورتان آزمایشسی گردیده بود. به زودی توسط دانشمندان به یك امتیاز قابل توجه تبدیل گشت. در حقیقت، تولید حباب سبب تولید اسفنج می گردید و به همین سبب، افزودن آب به منظور ایجاد گاز دی اكسید كربن (محصول جانبی واكنش) بخشی از فرمولاسیون تولید پلی یورتان را تشكیل داد.
آزمایش های اولیه ای كه در موردپلی یورتان ها و فرمولاسیون های مختلف آن صورت می گرفت، بسیار تشویق كننده بود، با این حال دست یابی به یك فرمولاسیون قابل كنترل زمان درازی را به خود اختصاص داد. در نهایت، محققین توانستند اسفنج های انعطاف پذیر و یا سخت پلی یورتان را از نظر فرمولاسیون طوری كنترل نمایند كه ساختمان سلول های آنها، براساس نیاز مورد مصرف، بهصورت باز و یا بسته باشد.
نخستین واحد تولید ایزوسیانات
"اوتوبایر" كه بعدها در اثر فعالیت های بدون وقفه خود به لقب پرفسوری دست یافت، در سال 1937 نخستین حق امتیاز پلی یورتان را بر مبنای گروه های ایزوسیانات از حكومت رایش دریافت كردو بر مبنای تحقیقاتی كه وی بنیان گذار آن بود، دی ایزوسیانات ها نقش بسیار مهمی را در شیمی پلی یورتان ایفا می كردند.
دی ایزوسیانات ها تركیباتی نظیر "تولوئیلن دی ایزوسیانات TDI "، "دی فنیل متان – دی ایزوسیانات یا منومر MDI " و "هگزا متیل دی ایزوسیاناتHDI " هستند، كه سه گروه از مهم ترین ایزوسیانات ها می باشند.
تولید ایزوسیانات ها، در مقیاس صنعتی، در سال 1941 یعنی درس طی بحران جنگ دوم جهانی و تحت شرایطی بسیار مشكل در آلمان آغاز شد.بنیان گذار این واحد "كارل دویزبرگ" بود كه واحد مزبور را در محل فعلی تاسیسات عظیم كمپانی بایر، یعنی "لوركوزن" به وجود آورد. این واحد، قدیمی ترین مجتمع تولید ایزوسیانات ها و مشتقات آن می باشد، كه تحت شرایط خاصی اداره می شد.
محصولات بدست آمده در مجتمع "لوركوزن" همگی نسبت به رطوبت حساس بودند. حلال های مصرفی كه جهت تولید ایزوسیانات ها به كار می رفتند هرگز دور ریخته نمی شدند و كسانی كه مجتمع مزبور را اداره می كردند ناچار به استفاده از روشهایی جهت بازیابی كامل حلال ها بودند. به بیان دیگر، شرایط خاص آن زمان و همچنین نوع فرآیند ایجاب می كرد كه نوع جدید یا دگرگون شده ای از شیمی تجزیه در این مجتمع به كار گرفته شود.
بعد از سالهای جنگ، نیاز رو به گسترش جهت تولید پلی یورتان ها سبب ایجاد مجتمع های جدید گردید. نخستین واحد تولید در سال 1951 پایه گذاری شد و در آوریل 1953 به بهره برداری رسید. در سال 1954 تولید "TDI " در یك مقیاس بزرگ به صورت نخستین واحد تولید مداوم دی ایزوسیانات ها، آغاز گردید و متعاقب آن در سال 1960 یك واحد تولید مداوم "MDI " و در سال 1964 یك واحد تولید "HDI " آغاز به كار كردند. به این طریق دنیای پلیمرها، روند رو به توسعه صنعت تولید پلی یورتان ها را آغاز نمود، بطوری كه امروز بسیاری از صنایع دنیا خود را از انواع مختلف این مواد بی نیاز نمی دانند.
منبع: ماهنامه صنایع پلاستیك (254)
