پلی یورتان چيست؟ 

پلي يورتانها ترکیباتی هستند که در ساختار آنها پیوند یورتانی وجود دارد.
پلی یورتان (PU) نام عمومی پلیمرهایی است که دارای پیوند یورتانی می‌باشند. پیوند یورتانی از طریق واکنش افزایشی بین یک گروه ایزوسیانات و یک ترکیب دارای هیدروژن فعال مثل گروه هیدروکسیل تشکیل شده است.
گروههای ایزوسیانات به شدت واکنش پذیر بوده و به همین علت پیشرفت واکنش آنها نیاز به افزایش دما ندارد (واکنش در دمای محیط صورت می‌گیرد). مهمترین ویژگی این گروه از پلیمرها این است که پس از واکنش ساخناری پایدار بوجود می‌آید.
خلاصه اینکه، پلی یورتان در اشکال مختلف مانند: فرآوردههای فوم، فیلم، الاستومرها، پودرها، مایعات و امولوسیون ها قابل تولید هستند.
ترکیباتی که دارای گروه ایزوسیانات هستند عبارتند از:
2و 4 یا 2و 6 تولوئن دی ایزوسیانات
4و 4 یا 2و 4 دی فنیل متان دی ایزوسیانات
1و 6 هگزا متیلن دی ایزوسیانات

علاوه بر موارد ذکر شده، ترکیبات ایزوسیاناتی دیگری نیز وجود دارند.
ترکیباتی که دارای دو گروه هیدروکسیل (OH) یا بیشتر باشند را پلی اُل می نامند و بطور معمول از گونه‌های زیر استفاده می‌شود:
  - پلی اتر پلی ال
  - پلی استر پلی ال
  - پلی کربنات پلی ال
  - پلی کاپرولاکتون پلی ال

بعلاوه، بجای گروههای هیدروکسیل، ترکیباتی مثل اسیدهای کربوکسیلیک و آمین‌ها، که دارای هیدروژن فعال هستند نیز می‌توانند در ترکیب با ایزوسیاناتها مورد استفاده قرار گیرند.
به همین دلیل، زمانیکه صحبت از پلی یورتانها می‌شود، می‌توان گفت که گونه‌های بیشماری از آنها وجود دارد.
با توجه به آنچه گفته شد می‌توان نتیجه گرفت، پلی یورتانها در موارد گوناگونی مانند:

فومهای نرم، فومهای سخت، الاستومرها، چسبها، روکش ها و پایه های رنگی بکارگرفته می‌شوند.

  پلی یوریا چيست؟ 

پلي يوريا، راهبر انقلابي عظيم در فن آوري پوشش
 تاريخچه پوشش هاي پلي يورتان به پايان سال 1930 و كشف پليمريزاسيون افزايشي دي ايزوسيانات، توسط اتوباير و همكاران برمي‌گردد.

همين واكنش، كليد توليد پلي يورتان و پلي يوريا گرديد. پلي يورتان، حاصل همين واكنش، كليد توليد يورتان و پلي يوريا گرديد.

پلي يورتان، حاصل واكنش گرمازا بين دي يا پلي ايزوسيانات با تركيبات حاوي گروههاي هيدروكسيل چون پلي ال مي‌باشد اما اغلب دي يا پلي ايزوسياناتها مي‌تواند با تركيبات حاوي هيدروژن فعال، چون آمين‌ها، واكنش بسيار سريع تري داشته باشند.

اين واكنش مبناي  تشكيل ساختماني پلي يورتا است از آنجا كه وجود زنجيره پلي يوريا در بسياري از محصولات پلي يورتان، به دليل مصرف آمين‌ها به عنوان  extender زنجير و يا جزء رزين كه به صورت جزيي يا كلي به جاي پلي ال قرار مي‌گيرد، غير قابل پيش بيني نيست، اصطلاح (پلي يورتان) و يا (يورتان) جهت توصيه كليه پليمرهايي كه حاصل واكنش دي يا پلي ايزوسيانات هستند و از جمله (پلي يورتان) مصرف مي‌شده است.

بنابراين صنعت پوشش مابين محصولات پوششي بر پايه ايزوسيانات / آمين و ايزوسيانات / چل يال در طي ساليان گذشته تفاوتي قايل نبوده است و اين سيستمهاي پوششي كلاً با نام پوششهاي پلي يورتان معروف بوده‌اند.

 اين بحـــث تا سال 1989 كه شركـــت  (texaco chemical Huntsman) پلي يورياي 100 درصد جامد قابل پاشش را بر پايه پلي اتر آمين جفامين، به عنوان محصولي ويژه با مزايا و مشخصات فوق العاده به بازار عرضه نمود، ادامه داشت از آن پس الاستومر پاششي پلي يورياي 100 درصد جامد به عنوان يك تكنولوژي پيشرفته جديد پذيرفته شد و متعاقباً انجمن توسعه پلي يوريا (PDA) در سال 2000 تاسيس يافت.

مطابق استاندارد هاي اين انجمن محصولي پلي يوريا نام مي‌گيرد كه محتوي پلي ال هيدرول آن از 80 درصد كمتر نباشد. بنابراين بين اين دو پارامتر مي‌توان سيستمي از تركيب يا هيبريد پلي يوريا/ پلي يورتان داشت.      

  خواص كلي در پلي يورياي خالص به شرح زير است:  
 - خواص هيدروفوبيك كه امكان انجام واكنش و سخت شدن در حضور رطوبت و همچنين امكان اعمال بر روي يخ، آب و سطوح سرد

 - بدون نياز به پيش گرم كردن فراهم مي‌سازد

 - مقاومت شيميايي بالا دارد.
 - داراي مقاومت مكانيكي فوق العاده است.

 - خواص فيزيكي عالي دارد، شامل كشش، درصد افزايش طول، سايش و غيره
يورياي خالص در عرض چند ثانيه وارد واكنش مي‌شود، در عرض 2-1 ساعت به 75 درصد ميزان سخت شدن كامل خود مي رسد و در عرض 24 ساعت كاملاً سخت مي‌شود.

در مقابل آن، پلي يورتان خالص ضعف‌هاي دارد:
- هيدروفوب نيست و در حضور رطوبت و شرايط جوي مرطوب و شرجي، با رطوبت وارد واكنش منفي مي‌شود در نتيجه روي سطوح سرد قابل اعمال نمي‌باشد.
- مقاومت شيميايي بالايي ندارد.
- مقاومت مكانيكي فوق العاده‌اي ندارد.
- خواص فيزيكي ضعيف تري از خود بروز مي‌دهد.
- چسبندگي ضعيفي به سطوح داشته و دايماً نياز به مصرف پرايمر جهت بهبود چسبندگي دارد.
در عرض چند دقيقه تا ساعت وارد واكنش شده، در عرض 6-3 ساعت به 75 درصد ميزان سخت شدن كامل خود مي‌رسد و در عرص 73-24 ساعت كاملاً سخت مي‌شود.
اين تفاوتهاي چشمگير، رمز برتري و تفوق پلي يوريا محسوب مي‌شود.

  خواص و مزاياي پلي يوريا:
زمان واكنش سريع پلي يوريا (5 تا 15 ثانيه) سريع تر از كليه محصولات پوششي رقيب مي‌باشد. اين پوشش اتوكاليست، به دليل واكنش دهي سريعش با رطوبت محيط يا سطح وارد واكنش نشده و بر روي سطوح سرد يا مرطوب فلزي، بتوني، چوبي، فوم پلي يورتان و ...قابل اعمال است.

در ضمن داشتن اين خاصيت، امكان طولاني تر كردن زمان ژل شدن پلي يوريا از 20 ثانيه تا چند دقيقه، جهت مصرف در موارد مورد نياز نيز وجود دارد. زمان واكنش و خشك شدن سريع پلي يوريا از مهم ترين مزاياي اين پوشش به حساب مي آيد. خصوصاً در مواردي كه برگشت به سرويس سريع سازه پس از اعمال پوشش يك فاكتور بحراني است، پلي يوريا اين امكان را در اسرع وقت فراهم مي‌نمايد. خشك شدن كامل پلي يوريا در عرض چند ساعت صورت مي‌پذيرد، اين در حالي است كه مدت زمان اعمال و خشك شدن ديگر محصولات پوششي هفته ها به طول مي انجامد. از آنجا كه پلي يوريا در عرض چند ساعت صورت مي پذيرد، اين در حالي است كه مدت زمان اعمال و خشك شدن ديگر محصولات پوششي هفته ها به طول مي انجامد. از آنجا كه پلي يوريا به عنوان پوشش ضد خوردگي استاندارد در صنعت جهت پوشش خطوط لوله مطرح شده است.

تجهيزات ويژه پوشش خطوط لوله (lathe) امكان اعمال پوشش در حجم هاي بالا و با سرعت زياد را فراهم آورده است. تجهيزات اعمال متحرك، اعمال پوشش را در نقاط استراتژيك با كاهش هزينه هاي حمل و نقل امكان پذير مي نمايد. همچنين تعميرات بسيار سريع فاكتور بسيار جذابي براي مصرف كنندگان مي‌باشد.
 
 در آمريكا كانادا چين وبسياري از كشورهاي پيشرفته و در حال توسعه ازپلي يوريا جهت پوشش لوله هاي نفت و گاز استفاده شده است كه نتيجه اين پروژه ها اعمال و بهره برداري سريع، كاهش هزينه‌ها، بهبود كيفي و كارايي به حداقل رساندن هزينه تعمير و نگهداري بوده است.
 
عدم حساسيت نسبت به رطوبت
 پلي يوريا تحت تاثير رطوبت واقع نميشود.واكنش بين دو جزء پلي يوريا به قدري سريع انجام مي‌گيرد كه اين مواد فرصت واكنش يا رطوبت را پيدا نمي‌كنند. اين مورد خصوصاً در شرايط جوي حاد و شرجي از مزاياي اين پوشش به شمار مي‌رود. در مجموع پلي يوريا يك محافظ بتون كارا به حساب مي‌آيد. ابداعات جديد به تركيبي از اپوكسي و پلي يوريا جهت مصارف آب بندي زير زمين، پل ها، پارگينكها و كف پوشها دست يافته است. از آنجايي كه اين سيستم ها زمان سخت شدن طولانيتري خواهند داشت، مي‌توان از فيلترهايي چون ذرات سنگ، آهن يا كوارتز جهت بهبود اصطكاك وسايط نقليه و خواص ضد لغزش در پياده روها استفاده نمود.
چسبندگي عالي
حتي اگر سطح اعمال پوشش مرطوب باشد، پلي يوريا با كيفيتي بالا عمل خواهد كرد. نكته جالب توجه اين است كه پلي يوريا بدون تاثير پذيري با ايجاد واكنش بر ريو يخ و آب نيز قابل اعمال مي باشد. اگرچه اعمال هر پوششي بر روي سطوح خيس، بدون پرايمر يا آماده سازي مي تواند تاثيراتي بر چسبندگي سيستم داشته باشد. سيستمي كه شامل آماده سازي كامل سطح باشد، چسبندگي را خصوصاً در شرايط بحراني چون اعمال بر روي بتون مرطوب در كف پوش ها و يا پوشش داخلي مخازن بهبود مي‌دهد مورد شامل اعمال بر روي فلز، چوب و بافته geotextille نيز هست. پلي يوريا در تستهاي چسبندگي بــسيار خوب عمل مي‌كند بدليل هـــمين چسبندگي، تــراوش ناپــذيري و مــقاومت در برابر شارژهاي الكتريكي، نتيجه تستهاي جدايش كاتدي مطلوب و قابل قبول است.                                                
 
مقدار جدايش كاتدي در عرض 30 روز و در دماي 23 ، مطابق استاندارد DIN – 30671  كمتر از12mm  مي‌باشد. اين مقدار در مورد پلي يوريا به كمتر از 4mm  تقليل يافته است.

مقاومت كششي عالي
در حال حاضر پيشرفتهاي علم شيمي منجر به انواع پلي يورياهايي به نرمي و الا ستيسيته شده است.
 پلي يورياهاي جديد با نيروي كمتري كشيده مي‌شوند و همپاي پلي يورتان ها در برابر سوراخ شدن و پارگي مقاومت مي‌نمايند. درصد افزايش طول و مقاومت كششي عالي پلي يوريا باعث ايجاد پل بر روي تركها و پركردن شكاف هاي سطح شده و از ضعف پوشش د ر اين حالات جلوگيري مي‌نمايد. مطابق استاندارد ASTMC-836 مقدار قابل قبول Crack bridging 4/1 ميلي متر است. اين در حالي است كه اين مقدار در پلي يوريا به 5 ميلي متر افزايش مي يابد (اين تست در دماهاي c 25- و c50+ تكرار شده و هيچ گونه آثار جدايش و يا كاهش چسبندگي رويت نشده است. همين مقاومت كششي بالا، پلي يوريا را براي استفاده در مواردي كه سطح ممكن است در طي زمان تغيير جهت دهد و يا زماني كه تنشهاي شديد اعمال مي شود، ايده آل مي‌نمايد.

درصد مواد فرار در حد صفر
درصد مواد فرار بسيار كم يا صفر پلي يوريا سبب شده است كه اين محصول در مواردي كه عدم آلودگي و سميت پوشش از اهميت خاصي برخوردار است. بسيار خوب عمل كند. اين خاصيت پلي يوريا امكان استفاده از آن را در فضاهاي كاري محدود فراهم مي آورد. پلي يوريا امكان استفاده از آن را در فضاهاي كاري محدود فراهم مي آورد. پلي يوريا به دليل voc پايين، در تماس با آب آشاميدني، كاربردهاي پزشكي، لوازم بهداشتي، صنايع غذايي و سيستم هاي تبريد، قابل مصرف مي باشد.تا سال هاي اخير، بسياري از توليد كنند گان مواد غذايي و نوشيدني ها به دليل بهداشتي نبودن محيط و نداشتن تاييد يه مجبور به توقف توليد و يا پرداخت جريمه هاي سنگين براي ادامه كار بودند. در حال حاضر پلي يوريا بهترين راه حل براي كف، ديوارها و اين كارخانجات است.

مقاومت سايشي بالا
پلي يوريا در محيط هاي بسيار ساينده به خوبي عمل مي كند. مقاومت آن در برابر سوراخ شدن، پارگي، ضربه و سايش اين محصول را براي پوشش سطح تحت سايش مانند انبارش و حمل محصولات زغال سنگي، پس مانده هاي هسته اي، زباله ها، دستگاه هم زن سيمان، خطوط آهن و مسيرهاي ريلي، صنايع قايق ساز، كف پوش كاميون ها و ديگر مواد مناسب مي‌نمايد.     
 در مقايسه مقاومت سايشي پلي يوريا با پلي يورتان و اپوكسي مطابق استاندارد ASTM-D4060 مقاومت سايشي پلي يوريا 5/6 برابر پلي يورتان و 16 برابراپوكسي گزارش شده است.                           
مقاومت در برابر حرارت و آتش
پلي يوريا مقاومت حرارتي خوبي دارد. پلي يورياي سخت در مقابل گرما تغيير شكل نداده و شره نمي كند. در اين عين اين كه انعطاف پذيري خود را حفظ كرده و در مقابل ضربه مقاومت بالايي از خود نشان مي دهد. چنانچه اين محصول در معرض شعله آتش قرار گيرد، پلي يوريا بهتر از اكثر پليمرها عمل نموده و دود كم و پخش شعله پايين دارد.

دوام طولاني مدت
بسياري از پلي يورياها بر پايه ايزوسيانات هاي اليفاتيك هستند كه مقاومت آب و هوايي و دوام رنگي بالايي دارند.محصولاتي كه بر پايه ايزوسياناتهاي آروماتيك هستند، دوام رنگي نداشته و در معرض نور به سمت گچي شدن و يا تيره شدن رنگ تمايل دارند. پيشرفت هاي علمي اخير در زمينه تكنولوژي محصولات آليفاتيك منجر به توسعه فرمولهاي جديد آسپارتيك شده است. اين پلي يورياهاي آليفاتيك - اسپارتيك با يك لايه بسيار نازك 125-75 ميكروني، دوام رنگي و مقاومت در برابر UV را تامين نمايد.

اين ضخامت در سيستم هايي كه استفاده از پلي يورياي اليفاتيك به تنهايي مد نظر است تا 500 ميكرون افزايش خواهد داشت. نكته قابل توجه اين است كه علي رغم تغيير رنگ پلي يورياي اروماتيك درتست هاي Weathering اين تغييرات فقط محدود به سطح بوده و در ساير خواص مكانيكي و شيميايي و فيزيكي پوشش تغييري ايجاد نمي شود.
حفاظت محيطي
زمان سخت شدن سريع پلي يوريا، امكان اعمال آن را بر روي سطوح آماده سازي شده با حداقل اتلاف زماني امكان پذير مينمايد. بنابراين مي‌توان پلي يوريا را جهت پوشش ديوارها و كف پوش هاي در تماس با مواد شيميايي، اسيدهاي رقيق، قلياها، محلول هاي نمك ، حلال هاي عالي و روغن ها استفاده نمود.
 
پلي يوريا سد محكمي در برابر ريز و آلوده سازي محيط زيست توســط مواد فوق ايجاد مي نمايد. در اين گونه مصارف پلي يوريا خود را با شكل خطوط لوله ، انشعابات و اتصالات، تطابق داده و اين سازه ها را كاملاً سيل و آب بندي مي نمايد. هـــمچنين مي‌توان در شرايط فوق العاده خورنده از پـــلي يــورتان هاي آليفاتيك يا رويه اپوكسي در سيستمهاي فوق استفاده نمود.

سازگاري با محيط زيست
علي رغم وجود گروه هاي ايزوسيانات در فرمولاسيون پلي يوريا، اين ماده به عنوان محصول سازگار با محيط طراحي شده، هيچ گونه آسيبي به محيط و مجرياني كه از تجهيزات ايمني مناسب استفاده كرده اند وارد نمي كند. پلي يوريا در هيچ يك از مراحل توليد، انبارش، نقل وانتقال، كاربرد و يا مصرف، آلودگي ايجاد نمي كند. برخي از گريدهاي پلي يوريا داراي تاييديه  مصرف در تماس با آب آشاميدني و پلنتهاي  بر روي پلي يوريا بدين صورت گزارش شده است كه درصد گاز HNC متصاعد شده از پلي يوريا در حالت مشتعل صفر بوده است.

انعطاف پذيري در فرمولاسيون
معمولاً پوشش هاي پلي يوريا، بدليل زمان ژله شدن سريعشان (تا 5 ثانيه) و متعاقباً تاثير پذيري پوشش در برابر رطوب سطح يا محيط، معروف شده‌اند. اگرچه امكان توليد گريدهاي مختلف پلي يوريا با زمان ژل شدن طولاني تر نيز وجود دارد. در اين صورت پوشش فرصت مي يابد كه يكنواخت شده و سطحي صاف و براق ايجاد نمايد. اين محصولات gel  Slow در مصارفي كه نما وپرداخت كار از اهميت ويژه‌اي برخوردار بوده و يا محصول خود تراز شده و يا نفوذ كننده مد نظر باشد، مورد استفاده قرار مي‌گيرند. پيشرفت در فرموله كردن افزودنيهاي جديد باعث تامين مزايا و خواص اعجاب انگيزي در پلي پوريا شده است. افزودنيهاي مخصوص بهبود چسبندگي، نياز به پرايمر را به حداقل رسانده‌اند اين مزيت باعث حذف مرحله اعمال پرايمر، كاهش هزينه‌هاي اعمال و زمان پروسه اعمال خواهد بود.
 همچنين افزودني هاي مقاوم uv، طول عمر بيشتر را در شرايط قرارگيري در معرض نور خورشيد، تضمين مي‌نمايند. تنظيمات فرمول، امكان مصرف پلي پوريا را در هر موردي فراهم مي‌آورند. فرمولهاي استاندارد در حال حاضر امكان انتخاب بهترين و مناسب ترين گيرد را براي مصرف كننده تامين مي‌نمايد. امكان تغيير ميزان سختي، مقاومت شيميايي، مقاومت در برابر اشعه uvمقاومت حرارتي و ... با تغيير فرمولاسيون وجود دارد.
 
سطوح قابل اعمال  
پلي يوريا بر روي سطوح فلزي، بتوني، بافته فايبر گلاس، سنگي ، فوم هاي پلي يورتان ، آجري، در زير سطح زمين، روي سطح زمين، در آب شور و شيرين قابل اعمال است. 
كاربردهاي پلي يوريا
پلي يوريا در صنايع مختلف كاربرد دارد. از جمله اين صنايع عبارتند از : صنعت پتروشيمي، صنايع توليد نيرو، صنايع نظامي، صنايع استخراج معدن، تاسيسات عام المنفعه، پوشش سقف و كف، صنايع دريايي، صنايع كشاورزي، صنايع اتومبيل سازي، ساخت و ساز، فوم و كامپوزيت و….

نتيجه گيري
در دنياي امروزي، پلي يوريا اثبات كرده است. كه انتخابي موثر كارا و اقتصادي در صنعت پوشش هاي محافظتي و ضد خوردگي و صنايع مرتبط به حساب مي‌آيد.

توليد محصولاتي با خواص بهبود يافته و پيشرفته ترين تجهيزات اعمال و پاشش جهت حصول بهترين كيفيت و تامين خواسته مصرف كنندگان، هر روز بر محبوبيت و اين پوشش در صنايع جهان مي‌افزايند.