أدخل عالم مُصلِّبات البولي يوريثان

عادةً يشير مُصلب البولي يوريثان إلى المكون الذي يحتوي على مجموعات أيزوسيانات (NCO) في منتجات البولي يوريثان ثنائية المكون، ويُستخدم بشكل رئيسي بالاقتران مع المكونات التي تحتوي على هيدروجين نشط. وتشمل المكونات الشائعة التي تحتوي على هيدروجين نشط البوليولات البولي إيثر، والبوليولات البولي إستر، والراتنجات الإيبوكسية، والراتنجات الأكريليكية الهيدروكسيلية، وغيرها. في هذه المنتجات، يُساهم إضافة المُصلب ليس فقط في تحسين درجة الارتباط التéoافي والطاقة الداخلية للمنتج، بل أيضًا في تعزيز قوته ومقاومته للعوامل الجوية. وقد تم استخدام مُصلبات البولي يوريثان على نطاق واسع في مجالات مثل اللصقات، والطلاءات، وحبرات الطباعة، وغيرها.

تصنيف مُصلبات البولي يوريثان

بالنسبة إلى مُصلبات البولي يوريثان، يمكن تصنيفها إلى ثلاث فئات: مُصلبات قائمة على المذيبات، ومُصلبات قابلة للتشتاء في الماء، ومُصلبات من النوع المُغلق.

مُصلب قائم على المذيبات

بالنسبة لمعظم المنتجات التقليدية، تُستخدم عادةً مُصلبات قائمة على المذيبات، والتي تُكسب المنتج خصائص أفضل من حيث القوة، ومقاومة العوامل الجوية، والخصائص الميكانيكية، وغيرها.

التركيب الشائع للمواد الصلبة المستندة إلى المذيبات

الصيغ البنائية لبعض البولي إيزوسيانات المستخدمة بشكل شائع

مادة صلبة قابلة للتشتت في الماء

مع تزايد وعي الناس بالحماية البيئية، بدأت مواد البولي يوريثان القائمة على الماء في استقطاب الاهتمام تدريجيًا. في منتجات البولي يوريثان ثنائية المكونات القابلة للذوبان في الماء، تلعب مكونات الإيزوسيانات دورًا حاسمًا. الطريقة الشائعة الحالية هي تحقيق التشتت في الماء عن طريق التعديل الهيدروفيلي للإيزوسيانات. وتشمل الطرق الرئيسية للتعديل: التعديل غير الأيوني، والتعديل الأنيوني، والتعديل الأنيوني غير الأيوني.

التعديل غير الأيوني

يركز التعديل غير الأيوني أساسًا على التعديل الهيدروفيلي للبولي إيزوسيانات باستخدام إيثر بولي إيثيلين جلايكول أحادي الميثيل (MPEG)، أو بولي إيثيلين جلايكول (PEG)، إلخ. إن مادة البولي يوريثان الصلبة بعد التعديل لا تكتسب هيدروفيلية معينة فحسب، بل يتم أيضًا تغليف المجموعات NCO المتبقية، مما يسمح لها بالبقاء مستقرة في الماء لفترة من الزمن.

التكوين الشائع للمواد المعدلة غير الأيونية

التعديل الأيوني السالب

يمكن أيضًا الحصول على البولي يوريثان الهيدروفيلى من خلال التعديل الأيوني. وتشمل طرق التعديل الأيوني المعتادة تعديل الكربوكسيلات، وتعديل السلفونات، إلخ. ويُستخدم عادةً حمض ثنائي ميثيلول البروبينويك (DMPA) في تعديل الكربوكسيلات، بينما يُستخدم عادةً الإيثيلين داي أمين إيثان سلفونات والأمينوسلفونات في تعديل السلفونات. حيث يتم إدخال مجموعات كربوكسيل أو سلفونيك أسيد على السلسلة الجزيئية لتمكين مثبتات البولي يوريثان من التمدد في الماء.

التكوين الشائع للمواد المعدلة أنيونياً

البولي أيزوسايانات: مثيل ثلاثي هيكساميتيلين دي أيزوسايانات (HDI trimer)، هيكساميتيلين دي أيزوسايانات بيويرت (HDI biuret)، إضافات TDI-TMP

المونومرات الهيدروفيلية: إثير بولي إيثيلين جلايكول مونو ميثيل، 3- (سيكلوهكسيل أمين) -1-حمض البربيونيك، إثير بولي إيثيلين جلايكول مونو ميثيل، حمض ثنائي هيدروكسي ميثيل بروبيونيك

عوامل التمليح: N، N-ثنائي ميثيل سيكلوهكسيل أمين، تراي إيثيل أمين

تعديل سالب غير أيوني

حاليًا، يتم عادةً إجراء التعديل غير الأيوني باستخدام إيثير أحادي ميثيل بولي إيثيلين جلايكول للتعديل، ولكن إدخال الإيثير الأحادي الميثيلي يمكن أن يسبب مشكلات في مقاومة الماء وميلًا نحو التبلور. وعلى الرغم من أن التعديل الأيوني يمكن أن يحل مشكلات مقاومة الماء، فإنه يتطلب درجة حموضة عالية لل محلول. ويمكن للتعديل المختلط بالأنيونات وغير الأيونات أن يتجاوز هذه المشكلات بكفاءة.

تكوين المادة الشائع للتعديل الأنيوني غير الأيوني

البولي أيزوسايانات: مثيل ثلاثي هيكساميتيلين دي أيزوسايانات (HDI trimer)، هيكساميتيلين دي أيزوسايانات بيويرت (HDI biuret)، إضافات TDI-TMP

المونومرات الهيدروفيلية: 3- (سيكلوهكسيل أمين) -1-حمض البربيونيك، حمض ثنائي هيدروكسي ميثيل بروبيونيك

عوامل التمليح: N، N-ثنائي ميثيل سيكلوهكسيل أمين، تراي إيثيل أمين

عامل تصلب البولي يوريثان المغلق

تملك مجموعات NCO الموجودة في مكونات العامل الصلب نشاطًا عاليًا ويمكن أن تتفاعل مع الماء في الجو عند درجة حرارة الغرفة مما يؤدي إلى التلف. ولتسهيل التخزين وتقليل فقدان المواد الخام، يمكن استخدام عامل إغلاق للتفاعل مع NCO لإنتاج عامل تصلب مستقر عند درجة حرارة الغرفة.

يمكن تسخين عوامل الإغلاق المغلقة لاستعادة هيكلها الأصلي للإيزوسيانات والتفاعل مع المكونات التي تحتوي على هيدروكسيل. الفكرة الأساسية في تصميم الصيغة عادةً هي إدخال عامل إغلاق على أساس مُصلب البولي يوريثان المذكور أعلاه، الذي يعتمد على المذيبات وقابل للتشتاء في الماء، من أجل منع المجموع الزائدة من مجموعات NCO. تختلف درجة حرارة الفك لعوامل الإغلاق المختلفة، ويمكننا أيضًا اختيار عوامل إغلاق مختلفة وفقًا لسيناريوهات الاستخدام المحددة. تظهر العوامل الشائعة للإغلاق ودرجات فك الإغلاق الخاصة بها في الجدول أدناه.

العوامل الشائعة للإغلاق ودرجات فك الإغلاق الخاصة بها

مادة مانعة للتسرب	درجة حرارة الإطلاق/℃
كابرولاكتام	175-200
إيثانول	180-185
كيتوكسيم ميثيل إيثيل	140-150
الفينول	140-145
3،5-ثنائي ميثيلبيرازول	130-150
أسيتون أوكسيم	130-140
إيثيل أسيتو أسيتات	125-150
ثنائي إيثيل مالونات	130-140
إيميدازولات	130-140
بيسلفيد الصوديوم	50-70

تطبيق مادة تصلب البولي يوريثان

مع التطور السريع للبولي يوريثان، تم إنتاج مادة التصلب الخاصة به وتطورت بسرعة.

تُستخدم مادة تصلب البولي يوريثان في مجالات مثل اللصقات، ومعاجين الطباعة، وحبرات الطباعة لتحسين الأداء الالتصاق وتعزيز ثبات الغسيل؛ وباعتبارها عامل ارتباط تمتزي عابر خارجي في طلاءات الخشب والدهانات وعوامل إنهاء الجلود وغيرها، يمكنها الحفاظ على اللمعان العالي، وتحسين الصلابة، وتعزيز مقاومة الماء والمحاليل والخواص الأخرى.

في بعض أنظمة الدهانات التي تُخبز، مثل دهانات الصلب الملفوف، يُستخدم في الغالب مادة تصلب البولي يوريثان المغلقة. بعد التسخين وفك الإغلاق، تتم عملية التصلب، ويصبح الطلاء يتمتع بمزيد من المتانة، ومقاومة الطقس، ومقاومة الخدوش بعد تشكيل الطبقة.

في بعض صناعات الأثاث عالية الجودة، مثل طلاء الخشب غير اللامع، فإن طبقة الورنيش الشفافة مع عامل إماتة خارجي تتميز بشفافية منخفضة ومقاومة ضعيفة للوسائط. ومن خلال استخدام المواد المصلبة، يمكن تحقيق تأثير الإطفاء من البنية الجزيئية. ويمكن لنوع الطلاء نفسه، عند دمجه مع هياكل مختلفة من مواد مطفئة غير لامعة، أن يحقق اللمعان الذي نحتاجه.

في بعض مجالات التغليف المرنة للغذاء، تُستخدم عادةً مواد مصلبة للبولي يوريثان العطرية القائمة على المذيبات، مثل إضافات TDI-TMP. وفي السنوات الأخيرة، كان الباحثون ملتزمين بتطوير مواد مصلبة منخفضة المحتوى من NCO الحرة ومواد مصلبة بديلة من البولي يوريثان الأليفاتيكي لأسباب تتعلق بسلامة الغذاء.