ویژگیها و روش های آزمون رنگ پلی اورتان دو جزئی

در سال 1849 از طریق کشف واکنش بین یک گروه هیدروکسیل و ایزوسیانات آلیفاتیک مونومر، شیمی پلی اورتان توسط wurtz عملاً پی ریزی گردید. دیری نپائید که واکنشی مشابه با ترکیبات حلقوی ایزوسیانات توسط A.W. Hofmann شناسائی شد. طی سالهای متمادی تحقیقات بسیاری بر روی ترکیبات حاوی گروه ایزوسیانات (NCO_) انجام پذیرفت تا بالاخره در سال 1935 برای اولین بار توسط O. Bayer شیمیدان آلمانی، فرایند ساخت ماکرومولکهای مبتنی بر ترکیبات ایزوسیانات تهیه و به ثبت رسید.  

ایزو سیانات، هسته مرکزی پلی اورتان
در شیمی غیر آلی اسید سیانیک و به ویژه املاح فلزی آن تحت نام سیانات ها شناخته شده و در دسترس می باشد، در حالیکه ترکیب به نام ایزوسیانیک اسید حتی برای زمان بسیار کوتاه نیز فاقد موجودیت است. در صورتیکه در شیمی آلی در صورت عدم وجود رطوبت در محیط، ترکیباتی که دارای یک یا چند گروه فعال ایزوسیانات باشند به فراوانی قابل تهیه، نگهداری و استفاده می باشد:
فرمول R می تواند آلیفاتیک، آروماتیک، هیدروآرماتیک (سیکلو آلیفاتیک) باشد.
خلاصه ای درباره شیمی ایزوسیانات
گروه NCO­_ (عامل ایزوسیانات) واکنش گرائی بسیار بالائی دارد. عمده .....

عمده دلیل این ویژگی در خصلت غیر اشباع اتصال دو گانه مضاعفی است که کربن را از دو طرف توسط اکسیژن و ازت با الکترونگاتیویته قابل توجه احاطه می کند. بررسی کیفی نحوه تمرکز الکترونی در چهار چوب تئوری اوربیتال مولکولی (MO)0 واکنش گرائی بالای ایزوسیانات رادقیقاً توجیه می کند. جزئیات این امر در حوصله این مقاله نیست، فقط ذکر یک نکته الزامی است و آن اینکه تراکم الکترون و روی اتم اکسیژن در بیشترین حد و روی کربن در کمترین حد می باشد و اتم ازت از این نظر دارای وضعیت میان این دو است.
ذکر این نکته هم از نظر تئوری و هم از نظر کاربرد بسیار اهمیت دارد، که در صورتیکه R در ترکیب فوق ساختاری حلقوی داشته باشد عدم تمرکز الکترونی در یک منطقه نسبتاً وسیع باعث تقویت خصلت نوکلئوفیلی یا هسته گرائی کربن شده و سریع تر توسط الکترون های آزاد یک اتم اکسیژن مانند یک هیدروکسیل قابل جذب است، و این موضوع واکنش گرائی بیشتر ترکیبات آروماتیک ایزوسیانات که در آن گروه NCO_ متصل به بنیان حلقوی باشد را اثبات می کند.
حال در صورت قرار گرفتن ترکیبی حاوی یک پرتون یا هیدروژن قابل انتقاد در اینجا H گروه هیدروکسیل، در مجاورت گروه ایزوسیانات واکنش افزایشی با مکانیسم زیر صورت خواهد گرفت:
محصول واکنش افزایشی فوق که از ترمودینامیکی گرایش فراوان به طرف راست دارد، یک استر اسید کاربا میک یا اورتان می باشد.
همان گونه که بیان شد، ایزوسیانات با تمام ترکیبات حاوی هیدروژن فعال به سرعت وارد واکنش می گردد( مانند آب، الکل و آمین ها و غیره) و این موضوعی است که شیمیست رنگساز می بایست دقیقاً مورد توجه قرار داده و در انتخاب حلال های درون رنگ و رقیق ساز(تینر) مربوط دقت کافی کند.
در ضمن از ترکیبات ایزوسیانات باآب در تمام موارد،گاز کربنیک حاصل می گردد که غالباً هنگام خروج از سطح لایه نواقصی را در آن ایجاد می کند. واکنش به شرح زیر و حاصل آن گاز کربنیک و مشتقی از اوره می باشد.
ایزوسیانات های مصرفی در رنگهای پلی اورتان
چون مونرمرهای دی ایزوسیانات از لحاظ کاربرد مشکلاتی مانند، فشار بخار بالا،( در نتیجه: نقطه جوش پائین و سرعت تبخیر) و واکنش گرائی بسیار زیاد داشته و در صورت تشکیل لایه رنگ، نقاط ضعفی مانند عدم تراکم شبکه و غیره خواهند داشت لذا لازم است در رنگهای پلی اورتان از ترکیباتی استفاده شود که قابلت کاربرد آنها را افزایش دهد. به این منظور معمولاً از ترکیبات پیچیده استفاده می شود که منشاء آنها مونومرهای ایزوسیانات بوده وحاوی تعدادی گروه عامل NCO_ هستند. این ترکیبات ساختار شیمیایی بی اوره، ایزوسیانورات( بسپارهای فعال که در آنها بسپارش به طور کامل انجام نشده است) به بازار مصرف عرضه می شوند. بعنوان مثال از ترکیب سه مول هگزامتیلن دی ایزوسیانات (HMDI) محصولی بدست می آید که سه گروه فعال ایزوسیانات در هر مولکول داشته و در صنعت رنگ کاربردهای فراوانی دارد: 
در بسیاری از موارد یک اداکت NCO_ حاصل ترکیب دی ایزوسیانات های آلیفاتیک، آروماتیک، سیکلو آلیفاتیک با پلی آل های با جرم ملی کم می باشد. بعنوان مثال یک مول تری ال و سه مول تولوئن دی ایزوسیانات (TDI) یک اداکت تشکیل می دهند.
همانگونه که مشاهده می شود ادا کت فوق در هر مولکول دارای سه گروه فعال ایزوسیانات می باشد. ایزوسیانورات نیز که در شرایط مناسب متشکل از سه مولکول 2، 4 تولوئن دی ایزوسیانات می باشد هنوز در هر مولکول سه گروه فعال ایزوسیانات دارد. 
در اینجا ذکر این نکته مفید است که با بهره گیری از اداکت های ایزوسیانات در رنگهای پلی اورتان با توجه به افزایش عوامل و شبکه مولکولی لایه های سخت تر، متراکم تر، نفوذ ناپذیرتر و مقاوم تر حاصل می شود.
گروه بندی رنگهای پلی اورتان
به طور کلی رنگهای پلی اورتان را از نظر نحوه کاربرد و چگونگی تشکیل لایه به دو گروه رنگهای یک جزئی و رنگهای دو جزئی تقسیم می کنند. البته این طبقه بندی بدون در نظر گرفتن پایه حلالی یا غیر حلالی بودن این رنگها است. در ضمن اداکت ها NCO_ در هر دو سامانه یک جزئی و دو جزئی قابل مصرف می باشند.در مجموع در استانداردهای بین المللی این رنگها به شش گروه زیر تقسیم می شوند: گروه(1) : سامانه های یک جزئی بر پایه اورتانهای اصلاح شده با روغن یا اورتان الکیدها: این گروه فاقد ترکیبات فعال CO_ بوده و از طریق باندهای دو گانه موجود در روغن ها(اسیدهای چرب غیر اشباع) به روش اکسیداتیو در هوا، خشک می شوند. گروه(2): سامانه های یک جزئی که در مجاورت رطوبت سخت می شوند: این سامانه ها حاوی گروه های فعال NCO_ بوده و در اثر ترکیب این گروه ها با رطوبت هوا، خشک می شوند. گروه(3): سامانه های یک جزئی بر پایه رزین حاوی گروه های هیدروکسیل و ایزوسیانات های بلوکه یا مخفی شده ایزوسیانات های مذکور در اثر حرارت( معمولاً 105) از ترکیب بلوکه کننده( معمولاً کاپرولاکتام) آزاد شده، سپس با ترکیبات حاوی گروه هیدروکسیل که از قبل در مخلوط موجود است وارد واکنش شده و سخت می شوند. گروه(4): سامانه های دو جزئی حاوی گروه هیدروکسیل وگروه NCO_ در یک بسته بندی ایزوسیانات موجود در این سامانه در اثر ممانعت های فضائی و همچنین از نظر ترمودینامیکی بسیار غیر فعال است. در این سامانه کمی قبل از اعمال رنگ، جزء دوم را که دارای شتاب دهنده مناسب می باشد به جزء اول افزوده بلافاصله رنگ را مورد استفاده قرار می دهند.
گروه(5): سامانه های دو جزئی بر پایه ترکیبات حاوی گروه هیدروکسیل با ساختار شیمیایی پلی استر اشباع، اکریلیک و یا اپوکسی های با جرم مولی بالا( درصد هیدروکسیل بالا) و اداکت های ایزوسیانات که قبل از استفاده با یکدیگر مخلوط می شوند.
گروه(6): این گروه سامانه های یک جزئی را که از بسپارش پلی ال و پلی ایزوسیانات های مناسب با نسبت برابر (NCO:OH=1:1) بدست می آید، شامل می شود و به عبارتی فاقد گروه عامل فعال می باشد. این محصولات تراکمی ، غالباً خطی بوده و یا فقط به میزان کمی شاخه جانبی دارند. تشکیل لایه در این سامانه فیزیکی بوده و کاربرد آنها برای رنگ آمیزی چرم، برخی انواع لاستیک ها و مواد مصنوعی می باشد 

مرجع: http://www.chemistmag.com/modules/news/article.php?storyid=299