تاریخچه پیدایش پلی یورتان و پلی یوریا
نیاز مبرم به حفاظت سطوح در برابر خوردگی، تلاش های وسیعی را جهت فرموله کردن محصولات پوششی با خواص متنوع، در صنعت امروز می طلبد. در طی سالیان اخیر، دانشمندان و مهندسین شیمی نوآوری هایی را در صنعت پلیمر عرضه نموده اند تا جوابگوی این نیاز باشند. از جمله پیشرفته ترین این پلیمرهای توسعه یافته، پوشش های مدرن پلی یورتان و پلی یوریامی هستند. از آنجایی که یک سیستم ایده آل حفاظت از خوردگی باید در کلیه مراحل اعمال، نصب و سویس با محیط زیست سازگار بوده دوام و مقاومت بالایی در برابر شرایط محیطی، صدمات مکانیکی و مواد شیمیایی داشته باشد و همچنین از نظر هزینه مواد، اجرا، تعمیرات و نگهداری، مقرون به صرفه باشد، پوشش های پلی یورتان و خصوصاً پلی یوریای 100 درصد جامد، به دلیل خواص ویژه خود، کلیه این نیازها را برآورده می نمایند.
[b]
پلی یوریا، راهبر انقلابی عظیم در فن آوری پوشش
تاریخچه پوشش های پلی یورتان به پایان سال 1930 و کشف پلیمریزاسیون افزایشی دی ایزوسیانات، توسط اتوبایر و همکاران بر می گردد. همین واکنش، کلید تولید پلی یورتان و پلی یوریا گردید.پلی یورتان، حاصل همین واکنش، کلید تولید یورتان و پلی یوریا گردید. پلی یورتان، حاصل واکنش گرمازا بین دی یا پلی ایزوسیانات با ترکیبات حاوی گروه های هیدروکسیل چون پلی ال می باشد.اما اغلب دی یا پلی ایزوسیانات ها می تواند با ترکیبات حاوی هیدروژن فعال، چون آمین ها، واکنش بسیار سریع تری داشته باشند. این واکنش مبنای تشکیل ساختمانی پلی یورتا است.

از آنجا که وجود زنجیره پلی یوریا در بسیاری از محصولات پلی یورتان، به دلیل مصرف آمین ها به عنوان extender زنجیر و یا جزء رزین که به صورت جزیی یا کلی به جای پلی ال قرار می گیرد، غیر قابل پیش بینی نیست، اصطلاح (پلی یورتان) و یا (یورتان) جهت توصیه کلیه پلیمرهایی که حاصل واکنش دی یا پلی ایزوسیانات هستند و از جمله (پلی یورتا) مصرف می شده است. بنابراین صنعت پوشش مابین محصولات پوششی بر پایه ایزوسیانات / آمین و ایزوسیانات / چل یال در طی سالیان گذشته تفاوتی قایل نبوده است و این سیستم های پوششی کلا با نام پوشش های پلی یورتان معروف بوده اند.

این بحث تا سال 1989 که شرکت Texaco chemical (Huntsman) پوشش های الاستومری پلی یوریای 100 درصد جامد قابل پاشش را بر پایه پلی اتر آمین جفامین، به عنوان محصولی ویژه با مزایا و مشخصات فوق العاده به بازار عرضه نمود، ادامه داشت. از آن پس الاستومر پاششی پلی یوریای 100 درصد جامد به عنوان یک تکنولوژی پیشرفته جدید پذیرفته شد و متعاقباً انجمن توسعه پلی یوریا(PDA) در سال 2000 تاسیس یافت. مطابق استاندارد های این انجمن محصولی پلی یوریا نام میگیرد که محتوی پلی ال هیدرول آن از 80 درصد کمتر نباشد. بنابراین بین این دو پارامتر می توان سیستمی از ترکیب یا هیبرید پلی یوریا/ پلی یورتان داشت.

پلی یورتان و پلی یوریا – تشابه و تفاوت
شیمی پلی یورتان بر اساس واکنش گرمازا بین دی یا پلی ایزوسیانات و ترکیبات حاوی گروه پایانی هیدروکسیل، چون پلی ال ها، می باشد. شیمی پلی یوریا بر پایه واکنش گرما زا بین دی یا پلی ایزوسیانات با ترکیبات حاوی هیدروژن فعال چون آمین ها می باشد. این تفاوت ساختار، زمان واکنش بسیار سریع و متعاقباً زمان ژل شدن، خشک شدن سطحی و خشک شدن کامل سریع تر پلی یوریا را نسبت به پلی یورتان توجیه می نماید. باند C-N در ساختار پلی یوریا از باندc-o در الاستومر پلی یورتان قوی تر است. این خاصیت باعث حصول دوام حرارتی بهتر پلی یوریا نسبت به پلی یورتان می شود. در نتیجه سیستم پلی یوریای 100 درصد جامد دوام حرارتی و خواص ضد شوره بهتری را در برابر الاستومر پلی یورتان بروز می دهد. پوشش های الاستومر پلی یوریای 100 درصد جامد، شامل ساختار بلوکی نرم و سخت است.جزء دی ایزوسیانات به عنوان hard block و پلی اترآمین جفامین به عنوان soft block عمل می نمایند. خصوصاً آمین ها به طور اعم از ستون فقرات پلی اکسی پروپیلن نرم و انعطاف پذیر برخوردارند که بر خلاف پلی یورتان منجر به حصول طبیعت هیدروفوبیک / ضد آب پلی یوریا می گردد.

نکته کلیدی در فناوری پوشش های آلاستومر پلی یورتا این است که واکنش آمین / دی ایزوسیانات تقریباً فوری انجام می گیرد( زمان ژل شدن 3 تا 10 ثانیه) که این واکنش سریع بودن حضور کاتالیست صورت می پذیرد. این واکنش دهی سریع تر از زمانی است که ایزوسیانات فرصت می یابد تا با رطوبت و آب وارد واکنش شود(واکنشی که منجر به تولید حباب های دی اکسید کربن می گردد) بنابراین پلی یوریا در مناطق شرجی و یا بر روی سطوح مرطوب قابل اعمال خواهد بود. پوشش پلی یوریا نبست به رطوبت حساس نبوده و عیوب مرتبط با رطوبت چون ایجاد حباب، کف و تورم را بروز نمی دهد.

اگر چه توجه به این نکته ضروری است که جهت حصول حفاظت از خوردگی بلند مدت، اعمال هیچ یک از سیستم های پوششی بر روی سطوح مرطوب یا خیس توصیه نمی گردد، مگر این که با استفاده از پرایمر مخصوص از میزان چسبندگی به سطح اطمینان حاصل شود. عدم وجود کاتالیست جهت سخت شدن و طبیعت اتوکاتالیست پلی یورتا، باعث تامین خواص عالی در معرض نور uv و یا دماهای بالا می شود، چرا که وجود کاتالیست در سیستم، تخریب و افت خواص پلیمر را در شرایط مزبور افزایش می دهد.

حفظ خواص فیزیکی پلی یوریای آلیفاتیک در شرایط مختلف جوی، بهتر از پلی یورتان الیفاتیک است که حاوی کاتالیست می باشد.اگرچه در سیستم های الاستومر پلی یوریای آروماتیک تمایل به زرد گرایی پلی اتر آمین و سایر واکنش گرهای آمینی ، کمی بیشتر از پلی یورتان های بر پایه هیدروکسیل پلی ال می باشد.

خواص کلی در پلی یوریای خالص به شرح زیر است:
خواص هیدروفوبیک که امکان انجام واکنش و سخت شدن در حضور رطوبت و همچنین امکان اعمال بر روی یخ، آب و سطوح سرد – بدون نیاز به پیش گرم کردن – فراهم می سازد.

مقاومت شیمیایی بالا دارد

دارای مقاومت مکانیکی فوق العاده است.
خواص فیزیکی عالی دارد، شامل کشش، درصد افزایش طول، سایش و ...


پلی یوریای خالص در عرض چند ثانیه وارد واکنش می شود، در عرض 2-1 ساعت به 75 درصد میزان سخت شدن کامل خود می رسد و در عرض 24 ساعت کاملاً سخت می شود. در مقابل آن، پلی یورتان خالص ضعف های دارد:
هیدروفوب نیست و در حضور رطوبت و شرایط جوی مرطوب و شرجی، با رطوبت وارد واکنش منفی می شود.در نتیجه روی سطوح سرد قابل اعمال نمی باشد.

مقاومت شیمیایی بالایی ندارد.
مقاومت مکانیکی فوق العاده ای ندارد.
خواص فیزیکی ضعیف تری از خود بروز می دهد.
چسبندگی ضعیفی به سطوح داشته و دایماً نیاز به مصرف پرایمر جهت بهبود چسبندگی دارد.
در عرض چند دقیقه تا ساعت وارد واکنش شده، در عرض 6-3 ساعت به 75 درصد میزان سخت شدن کامل خود می رسد و در عرص 73-24 ساعت کاملاً سخت می شود.
همین تفاوت های چشمگیر، رمز برتری و تفوق پلی یوریا محسوب می شود.

خواص و مزایای پلی یوریا:

زمان واکنش سریع:
زمان واکنش سریع پلی یوریا (5 تا 15 ثانیه) سریع تر از کلیه محصولات پوششی رقیب می باشد. این پوشش اتوکالیست، به دلیل واکنش دهی سریعش با رطوبت محیط یا سطح وارد واکنش نشده و بر روی سطوح سرد یا مرطوب فلزی، بتونی، چوبی، فوم پلی یورتان و ...قابل اعمال است. در ضمن داشتن این خاصیت، امکان طولانی تر کردن زمان ژل شدن پلی یوریا از 20 ثانیه تا چند دقیقه، جهت مصرف در موارد مورد نیاز نیز وجود دارد. زمان واکنش و خشک شدن سریع پلی یوریا از مهم ترین مزایای این پوشش به حساب می آید. خصوصاً در مواردی که برگشت به سرویس سریع سازه پس از اعمال پوشش یک فاکتور بحرانی است، پلی یوریا این امکان را در اسرع وقت فراهم می نماید. خشک شدن کامل پلی یوریا در عرض چند ساعت صورت می پذیرد، این در حالی است که مدت زمان اعمال و خشک شدن دیگر محصولات پوششی هفته ها به طول می انجامد. از آنجا که پلی یوریا در عرض چند ساعت صورت می پذیرد، این در حالی است که مدت زمان اعمال و خشک شدن دیگر محصولات پوششی هفته ها به طول می انجامد. از آنجا که پلی یوریا به عنوان پوشش ضد خوردگی استاندارد در صنعت جهت پوشش خطوط لوله مطرح شده است. تجهیزات ویژه پوشش خطوط لوله (lathe) امکان اعمال پوشش در حجم های بالا و با سرعت زیاد را فراهم آورده است.تجهیزات اعمال متحرک، اعمال پوشش را در نقاط استراتژیک با کاهش هزینه های حمل و نقل امکان پذیر می نماید. همچنین تعمیرات بسیار سریع فاکتور بسیار جذابی برای مصرف کنند گان به حساب می آید.

در سراسر دنیا در بسیاری از خطوط لوله از جمله petroleum pipeline Trans-Alaska و Natural Gas Pipelines در se آسیا و pipelines petroleum در چین از پلی یوریا جهت پوشش استفاده شده است که نتیجه این پروژه ها اعمال و بهره برداری سریع، کاهش هزینه ها، بهبود کیفی و کارایی به حداقل رساندن هزینه تعمیر و نگهداری بوده است.

عدم حساسیت نسبت به رطوبت:
برخلاف پلی یورتان که نسبت به رطوبت هوا و سطح حساس بوده و در اثر واکنش با رطوبت، ایجاد گاز دی اکسید کربن و متعاقباً کف یا نوک سوزنی می نماید، پلی یوریا تحت تاثیر رطوبت واقع نمی شود.واکنش بین دو جزء پلی یوریا به قدری سریع انجام می گیرد که این مواد فرصت واکنش یا رطوبت را پیدا نمی کنند. این مورد خصوصاً در شرایط جوی حاد و شرجی از مزایای این پوشش به شمار می رود. در مجموع پلی یوریا یک محافظ بتون کارا به حساب می آید. ابداعات جدید به ترکیبی از اپوکسی و پلی یوریا جهت مصارف آب بندی زیر زمین، پل ها، پارگین ها و کف پوش ها دست یافته است. از آنجایی که این سیستم ها زمان سخت شدن طولانی تری خواهند داشت، می توان از عنصرهایی چون ذرات سنگ، آهن یا کوارتز جهت بهبود اصطکاک وسایط نقلیه و خواص ضد لغزش در پیاده روها استفاده نمود.

چسبندگی عالی:
حتا اگر سطح اعمال پوشش مرطوب باشد، پلی یوریا به مراتب بهتر از پلی یورتان عمل خواهد کرد. نکته جالب توجه این است که پلی یوریا بدون تاثیر پذیری با ایجاد واکنش بر ریو یخ و آب نیز قابل اعمال می باشد. اگرچه اعمال هر پوششی بر روی سطوح خیس، بدون برایمر یا آماده سازی می تواند تاثیراتی بر چسبندگی سیستم داشته باشد. سیستمی که شامل آماده سازی کامل سطح باشد، چسبندگی را خصوصاً در شرایط بحرانی چون اعمال بر روی بتون مرطوب در کف پوش ها و یا پوشش داخلی مخازن بهبود می دهد. این مورد شامل اعمال بر روی فلز، چوب و بافته geotextille نیز هست.پلی یوریا در تست های چسبندگی بسیار خوب عمل می کند. به دلیل همین چسبندگی، تراوش ناپذیری و مقاومت در برابر شارژهای الکتریکی، نتیجه تست های جدایش کاتدی مطلوب و قابل قبول است.

مقدار جدایش کاتدی پلی یورتان در عرض 30 روز و در دمای 23 ، مطابق استاندارد DIN-30671 کمتر از mm12 می باشد، این مقدار در مورد پلی یوریا به کمتر از mm4 تقلیل یافته است.

مقاومت کششی عالی:
پیش از این پلی یورتان ها، درصد افزایش طول بیشتر و مدول کمتر از پلی یوریا ها داشتند، اما در حاضل حاضر پیشرفت های علم شیمی منجر به انواع پلی یوریاهایی به نرمی و الا ستیسیته شده است.
پلی یوریاهای جدید با نیروی کمتری کشیده می شوند و همپای پلی یورتان ها در برابر سوراخ شدن و پارگی مقاومت می نمایند. درصد افزایش طول و مقاومت کششی عالی پلی یوریا باعث ایجاد پل بر روی ترک ها و پر کردن شکاف های سطح شده و از ضعف پوشش د ر این حالات جلوگیری می نماید. مطابق استاندارد ASTMC-836 مقدار قابل قبول Crack bridging 4/1 میلی متر است. این در حالی است که این مقدار در پلی یوریا به 5 میلی متر افزایش می یابد (این تست در دماهای c 25- و c50+ تکرار شده و هیچ گونه آثار جدایش و یا کاهش چسبندگی رویت نشده است. همین مقاومت کششی بالا، پلی یوریا را برای استفاده در مواردی که سطح ممکن است در طی زمان تغییر جهت دهد و یا زمانی که تنش های شدید اعمال می شود، ایده آل می نماید.

درصد مواد فرار در حد صفر:
درصد مواد فرار بسیار کم یا صفر پلی یوریا سبب شده است که این محصول در مواردی که عدم آلودگی و سمیت پوشش از اهمیت خاصی برخوردار است. بسیار خوب عمل کند. این خاصیت پلی یوریا امکان استفاده از آن را در فضاهای کاری محدود فراهم می آورد. پلی یوریا امکان استفاده از آن را در فضاهای کاری محدود فراهم می آورد. پلی یوریا به دلیل voc پایین، در تماس با آب آشامیدنی، کاربردهای پزشکی، لوازم بهداشتی، صنایع غذایی و سیستم های تبرید، قابل مصرف می باشد.تا سال های اخیر، بسیاری از تولید کنند گان مواد غذایی و نوشیدنی ها به دلیل بهداشتی نبودن محیط و نداشتن تایید یه مجبور به توقف تولید و یا پرداخت جریمه های سنگین برای ادامه کار بودند. در حال حاضر پلی یوریا بهترین راه حل برای کف، دیوارها و ... این کارخانجات است

مقاومت سایشی بالا:
پلی یوریا در محیط های بسیار ساینده به خوبی عمل می کند. مقاومت آن در برابر سوراخ شدن، پارگی، ضربه و سایش این محصول را برای پوشش سطح تحت سایش مانند انبارش و حمل محصولات زغال سنگی، پس مانده های هسته ای، زباله ها، دستگاه هم زن سیمان، خطوط آهن و مسیرهای ریلی، صنایع قایق ساز، کف پوش کامیون ها و دیگر مواد مناسب می نماید.
در مقایسه مقاومت سایشی پلی یوریا با پلی یورتان و اپوکسی مطابق استاندارد ASTM-D4060 مقاومت سایشی پلی یوریا 5/6 برابر پلی یورتان و 16 برابراپوکسی گزارش شده است.

مقاومت در برابر حرارت و آتش:
در این مورد پلی یوریا نسبت به پلی یورتان دارای مزایایی است. پلی یوریا مقاومت حرارتی خوبی دارد. پلی یوریای سخت در مقابل گرما تغییر شکل نداده و شره نمی کند. در این عین این که انعطاف پذیری خود را حفظ کرده و در مقابل ضربه مقاومت بالایی از خود نشان می دهد. در این موارد پلی یورتان ها تمایل به شره کردن دارند. چنانچه این محصول در معرض شعله آتش قرار گیرد، پلی یوریا بهتر از اکثر پلیمرها عمل نموده و دود کم و پخش شعله پایین دارد.

دوام طولانی مدت:
بسیاری از پلی یوریاها بر پایه ایزوسیانات های الیفاتیک هستند که مقاومت آب و هوایی و دوام رنگی بالایی دارند.محصولاتی که بر پایه ایزوسیانات های آروماتیک هستند، دوام رنگی نداشته و در معرض نور به سمت گچی شدن و یا تیره شدن رنگ تمایل دارند. پیشرفت های علمی اخیر در زمینه تکنولوژی محصولات آلیفاتیک منجر به توسعه فرمول های جدید آسپارتیک شده است. این پلی یوریاهای آلیفاتیک – اسپارتیک با یک لایه بسیار نازک 125
-75 میکرونی، دوام رنگی و مقاومت در برابر UV را تامین نماید. این ضخامت در سیستم هایی که استفاده از پلی یوریای الیفاتیک به تنهایی مد نظر است تا 500 میکرون افزایش خواهد داشت. نکته قابل توجه این است که علی رغم تغییر رنگ پلی یوریای اروماتیک درتست های Weathering این تغییرات فقط محدود به سطح بوده و در سایر خواص مکانیکی و شیمیایی و فیزیکی پوشش تغییری ایجاد نمی شود.

حفاظت محیطی:
زمان سخت شدن سریع پلی یوریا، امکان اعمال آن را بر روی سطوح آماده سازی شده با حداقل اتلاف زمانی امکان پذیر می نماید.بنابراین می توان پلی یوریا را جهت پوشش دیوارها و کف پوش های در تماس با مواد شیمیایی، اسیدهای رقیق ، قلیاها، محلول های نمک ، حلال های عالی و روغن ها استفاده نمود.

پلی یوریا سد محکمی در برابر ریز و آلوده سازی محیط زیست توسط مواد فوق ایجاد می نماید. در این گونه مصارف پلی یوریا خود را با شکل خطوط لوله ، انشعابات و اتصالات، تطابق داده و این سازه ها را کاملاً سیل و آب بندی می نماید. همچنین می توان در شرایط فوق العاده خورنده از پلی یورتان های آلیفاتیک یا رویه اپوکسی در سیستمهای فوق استفاده نمود.

سازگاری با محیط زیست:
علی رغم وجود گروه های ایزوسیانات در فرمولاسیون پلی یوریا، این ماده به عنوان محصول سازگار با محیط طراحی شده، هیچ گونه آسیبی به محیط ومجریانی که از تجهیزات ایمنی مناسب استفاده کرده اند وارد نمی کند. پلی یوریا در هیچ یک از مراحل تولید، انبارش، نقل وانتقال، کاربرد و یا مصرف، آلودگی ایجاد نمی کند. برخی از گریدهای پلی یوریا دارای تاییدیه مصرف در تماس با آب آشامیدنی و پلنت های موادغذایی می باشند. نتیجه تست Gas Analysis شرکت s
gs بر روی پلی یوریا بدین صورت گزارش شده است که درصد گاز HCN متصاعد شده از پلی یوریا در حالت مشتعل صفر بوده است.

انعطاف پذیری در فرمولاسیون:
معمولاً پوشش های پلی یوریا، به دلیل زمان ژلشدن سریعشان (تا 5 ثانیه و متعاقباً تاثیر پذیری پوشش در برابر رطوب سطح یا محیط، معروف شده اند. اگرچه امکان تولید گریدهای مختلف پلی یوریا با زمان ژل شدن طولانی تر نیز وجود دارد. در این صورت پوشش فرصت می یابد که یکنواخت شده و سطحی صاف و براق ایجاد نماید.این حصولات gel Slow در مصارفی که نما و پرداخت کار از اهمیت ویژه ای برخوردار بوده و یا محصول خود تراز شده و یا نفوذ کننده مد نظر باشد، مورد استفاده قرار می گیرند. پیشرفت در فرموله کردن افزودنی های جدید باعث تامین مزایا و خواص اعجاب انگیزی در پلی پوریا شده است.افزودنی های مخصوص بهبود چسبندگی ، نیاز به پرایمر را به حداقل رسانده اند. این مزیت باعث حذف مرحله اعمال پرایمر، کاهش هزینه های اعمال و زمان پروسه اعمال خواهد بود. همچنین افزودنی های مقاومuv، طول عمر بیشتر را در شرایط قرارگیری در معرض نور خورشید، تضمین می نمایند. تنظیمات فرمول
، امکان مصرف پلی پوریا را در هر موردی فراهم می آورند. فرمول های استاندارد در حال حاضر امکان انتخاب بهترین و مناسب ترین گیرد را برای مصرف کننده تامین می نماید. امکان تغییر میزان سختی، انعطاف پذیری، مقاومت شیمیایی، مقاومت در برابر اشعه uv مقاومت حرارتی و ... با تغییر فرمولاسیون وجود دارد.

منبع: پارس شیمی