به گزارش ایسنا، سیده فرزانه طباطبایی حسینی فارغ‌التحصیل مقطع دکتری از دانشگاه صنعتی امیرکبیر و مجری طرح «سنتز پراکنه‌های پلی‌یورتان آب‌پایه خودشبکه‌ای‌شونده تأخیرانداز شعله برای پوشش‌دهی چرم» گفت: قانون فدرال ایالات متحده آمریکا مربوط به کنترل آلودگی هوا تحت عنوان فعالیت در جهت پاکسازی هوا، در سال ۱۹۷۰ به همراه بسیاری از قوانینی که اخیراً در کشورهای اروپایی تصویب شده است، کلیه‌ صنایع پوششی و رنگسازی را به کاهش رهاسازی ترکیبات آلی فرار موظف کرده است.

وی با بیان اینکه در واکنش به این قوانین، سازندگان به‌دنبال راهی برای حذف حلال‌های آلی از پوشش‌ها و رنگ‌ها برآمدند، افزود: با رویکرد به سمت پوشش‌های آب‌پایه، صنایع با فواید دیگر آن‌ها نظیر کاهش قیمت ناشی از حذف حلال‌ها در کنار کاهش خطرات احتمالی نظیر آتش‌سوزی، سمیت و غیره روبه‌رو شدند. 

این محقق با بیان اینکه در سال‌های اخیر، پراکنه‌های پلی‌یورتان آب‌پایه توجه تجاری بسیاری را به‌ویژه در حوزه‌ پوشش‌ها به سمت خود جلب کرده است، گفت: از دلایل توجه به آن‌ها را می‌توان ناشی از دوست‌دار محیط‌زیست بودن به دلیل کاهش انتشار ترکیبات آلی فرار و آلاینده‌های پرخطر هوا گرانروی کم در عین جرم‌مولکولی بالا و قیمت ارزان‌تر دانست. 

به گفته فارغ التحصیل دانشگاه صنعتی امیرکبیر، فرآیندهای مختلفی برای تهیه‌ پراکنه‌های پلی‌یورتان آب‌پایه توسعه ‌یافته است.

طباطبایی با بیان اینکه یکی از کاربردهای پرمصرف پراکنه‌های پلی‌یورتان آب‌پایه در صنعت تکمیل چرم است، اظهار کرد: از مشکلات پراکنه‌های پلی‌یورتان آب‌پایه ترموپلاست، حساسیت به آب نسبتاً بالا و خواص مکانیکی ضعیف آن‌هاست که کاربرد این پراکنه‌ها را به عنوان پوشش رویه در تکمیل چرم محدود می‌کند.

وی ادامه داد: این در حالی است که در بسیاری از کاربردهای محصولات چرمی، مقاومت به آب جزو مهمترین خاصیت به‌شمار می‌رود. همچنین امروزه بهبود مقاومت کالاهای چرمی در برابر آتش به‌ویژه در صنایع مبلمان‌، خودروسازی و هواپیماسازی مورد توجه گسترده‌ای واقع شده است.

وی با تاکید بر اینکه امروزه بیشترین تحقیقات انجام‌شده بر روی پراکنه‌های پلی‌یورتان آب‌پایه به منظور بهبود خواص فیزیکی-مکانیکی، حرارتی و مقاومت در برابر جذب آب و حلال آن‌هاست، خاطر نشان کرد: این اصلاحات از طریق پیوندزدن، ایجاد اتصال عرضی و یا اختلاط با پلیمرهای دیگر حاصل می‌شود.

طباطبایی بیان کرد: در این سیستم‌ها به دلیل نیاز به منبع گرما و یا تابش پرتو، محدودیت فرصت کاربری جزء اتصال‌دهنده و همچنین در اکثر موارد سمیت ناشی از جزء دوم نظیر آزیریدین، کاربرد عملی آن‌ها محدود می‌شود. بدین منظور در سال‌های اخیر توجه زیادی به سمت ساخت پراکنه‌های پلی‌یورتانی آب‌پایه خودپخت‌شونده در دمای محیط توسط فرآیند هیدرولیز و تراکمی گروه‌های آلکوکسی‌سیلان‌ جلب شده است.

وی افزود: چالش‌های اصلی در سنتز پراکنه‌های پلی‌یورتانی آب‌پایه خودشبکه‌ای شونده‌ سیلوکسانی، کنترل پارامترهای فرآیندی مهم (رطوبت و دما) در حین ساخت و همچنین برقراری تعادلی محتاطانه بین درجه اتصال عرضی و محتوای گروه‌های آبدوست است. همچنین آتش‌پذیری ذاتی مواد پلیمری، سالانه خسارات جانی و مالی متعددی را به همراه دارد. 

طباطبایی ادامه داد: از این رو در تحقیقات اخیر توجه بسیاری معطوف به بهبود خواص تأخیراندازی شعله مواد پلیمری شده است. بررسی‌های انجام‌شده در این حوزه نشان داده است که در میان مواد تأخیرانداز شعله، ترکیبات حاوی فسفر و عاری از هالوژن به دلیل بازده بالا و تولید کمتر دود و گازهای سمی، مورد استقبال بیشتری واقع شده‌اند.

وی با بیان اینکه تقریباً ۷ درصد از منابع نفت و گاز جهان برای ساخت پلیمرها مصرف می‌شود، تصریح کرد: اخیراً به دلایلی چون نگرانی در مورد محدودیت ذخایر نفتی، قیمت بالای نفت خام و دلایل زیست‌محیطی توجه زیادی به سمت استفاده از مواد تجدیدپذیر زیستی به‌ویژه روغن‌های گیاهی جلب شده است.

طباطبایی عنوان کرد: روغن‌های گیاهی به دلیل فراوانی و در دسترس‌بودن، ارزانی، غیرسمیت و پایداری حرارتی بالا مورد توجه بیشتری قرار گرفته‌اند. از این‌رو در سال‌های اخیر تحقیقات فراوانی در جهت استفاده از روغن‌های گیاهی به عنوان مواد اولیه در ساخت پلیمرها به‌ویژه پراکنه‌های پلی‌یورتانی انجام شده است.

ارائه طرح‌های نوآورانه برای ایجاد پوشش‌هایی به عنوان ماده اولیه چرم

وی افزود: هدف از انجام پژوهش حاضر، طراحی نوآورانه و دوستدار محیط زیست از پراکنه‌های پلی‌یورتان ‌آب‌پایه به عنوان پوشش‌های تأخیرانداز شعله برای تکمیل چرم است.

به گفته این محقق، بدین منظور در فاز اول پژوهش به منظور بهبود خواص مکانیکی و حرارتی پراکنه‌های پلی‌یورتان آب‌پایه به جهت استفاده در پوشش رویه چرم، از اتصال‌دهنده‌ عرضی سیلانی استفاده شده و غلظت آن در فرمولاسیون بهینه شد. 

وی تاکید کرد: در ادامه خواص تأخیراندازی شعله و مقاومت در برابر جذب آب فیلم‌های پلی‌یورتان آب‌پایه اصلاح شد. در انتها کارآیی این پوشش‌ها توسط اعمال بر روی چرم طبیعی بررسی شد. در ادامه مفصلاً به شرح پژوهش و نوآوری آن پرداخته می‌شود.

طباطبایی با اشاره به روند پروژه که در اسپانیا انجام گرفته است، اظهار کرد: در ابتدا پراکنه‌های پلی‌یورتان آب‌پایه با قابلیت ایجاد اتصال ‌عرضی در دمای محیط ساخته شد و سپس خواص ساختاری، کلوییدی، سطحی، فیزیکی-مکانیکی و حرارتی مورد بررسی واقع شد.

وی خاطر نشان کرد: محتوای ژل برای نمونه حاوی ۱۰ درصد وزنی از عامل اتصال‌دهنده‌ سیلانی، مقدار ۹۰.۵ درصد گزارش شد که تاییدی بر تشکیل ساختار شبکه‌ای سیلوکسانی بود. افزایش در غلظت آلکوکسی‌سیلان از صفر به ۱۰ درصد وزنی، منجر به افزایش در اندازه ذره از ۳۶.۵ به ۶۳ نانومتر گشت. با این‌حال، نمونه‌ها بیش از ۱۲ ماه در دمای محیط نگهداری شدند و هیچ‌گونه علایمی از رسوب و یا دوفازی شدن مشاهده نشد. بررسی ریخت‌شناسی، بهبود در جدایش میکروفازی در حضور آلکوکسی سیلان را نشان داد. به علاوه، با افزایش میزان اتصال‌دهنده‌ عرضی، سیستم سخت‌تر شده که منجر به افزایش در دمای انتقال شیشه‌ای، مدول یانگ و استحکام کششی و همچنین کاهش در ازدیاد طول در هنگام پارگی شد. 

طباطبایی افزود: از طرفی فیلم‌های پلی‌یورتان آب‌پایه خودپخت‌شونده، خواص ضدآبی و پایداری حرارتی بالایی از خود نشان‌دادند که ناشی از عمکرد عالی شبکه‌ سیلوکسانی بود. به عنوان نتیجه کلی، حضور ۱۰ درصد وزنی از عامل اتصال‌دهنده سیلانی باعث بهبود چشمگیری در خواص پراکنه، ضدآبی، مکانیکی و حرارتی شد. از این رو در بخش‌ بعدی برای ساخت پراکنه‌ها از غلظت بهینه‌ ۱۰ درصد وزنی آلکوکسی سیلان استفاده شد.

وی ادامه داد: در بخش دوم از پژوهش، از دی‌ال فسفری تجاری به عنوان عامل تأخیرانداز شعله از نوع فعال برای واکنش با ایزوسیانات، استفاده شد.

محقق طرح با تاکید بر اینکه از روغن کرچک به عنوان گزینه‌ مناسب در جهت افزایش آبگریزی چرم استفاده کردیم، بیان کرد: روغن کرچک با داشتن گروه‌های هیدروکسیل برای واکنش مستقیم با ایزوسیانات بدون انجام اصلاحات اضافی، در ساخت پلی‌یورتان‌ها مورد توجه واقع شده است. از این رو استفاده از این روغن در ساخت پراکنه‌های پلی‌یورتان آب‌پایه نه تنها منجر به بهبود آبگریزی سیستم شده، بلکه میزان خوراک تجدیدپذیر در فرمولاسیون را افزایش داد که گامی مثبت در جهت نگرانی‌های اخیر در رابطه با محدودیت سوخت‌های فسیلی است.

وی با تاکید بر اینکه به همین دلیل از روغن کرچک برای پوشش چرم بهره بردیم، اظهار کرد: به هنگام انجام آزمایش‌ها، اثر تأخیرانداز شعله و پلی‌ال تجدیدپذیر بر خواص ساختاری، پراکنه، فیزیکی-مکانیکی، حرارتی و در نهایت تأخیرانداز شعله را مورد بررسی قرار دادیم. 

وی خاطر نشان کرد: مقادیر جذب آب فیلم‌های پلی‌یورتان آب‌پایه با افزودن دی‌ال فسفری افزایش یافت. با این‌حال به منظور بهبود آبگریزی سیستم، روغن کرچک در فرمولاسیون استفاده شد و منجر به افزایش‌ زاویه تماس آب و مقاومت در برابر جذب آب فیلم‌ها شد. مقدار شاخص حدی اکسیژن برای فیلم حاوی ۸.۷ درصد وزنی دی‌ال فسفری، ۳۰.۴ درصد همراه با رتبه‌بندی V۰ در آزمون سوختن عمودی UL-94 به دست آمد.

به گفته  این محقق، همچنین نتایج آزمون گرماسنجی مخروطی در مقیاس میکرو برای نمونه‌های حاوی دی‌ال فسفری، کاهش چشم‌گیری در مقادیر نرخ رهایش گرما، بیشترین دما در پیک نرخ رهایش رما، مجموع گرمای آزادشده و ظرفیت گرمای آزادشده نشان داد. بر اساس نتایج حاصل از آزمون‌های انجام شده، سازوکار تخریب حرارتی پلی‌یورتان‌های آب‌پایه تأخیرانداز شعله به طور جزئی از نوع فاز گاز و عمدتاً از نوع فاز فشرده ناشی از تشکیل لایه‌ زغال محافظ در اثر هم‌افزایی فسفر و سیلیکون به دست آمد.

فارغ‌التحصیل دانشگاه صنعتی امیرکبیر افزود: در انتها می‌توان نتیجه‌ گرفت که با تغییر محتوای وزنی دی‌ال فسفری و پلی‌ال تجدیدپذیر می‌توان به پلی‌یورتان‌های آب‌پایه عامل‌دار شده با خواص متنوع جهت کاربرد در پوشش‌های تأخیرانداز شعله دست ‌یافت.

وی تاکید کرد: در انتها به منظور بررسی کارایی نمونه‌های پلی‌یورتان آب‌پایه تأخیرانداز شعله حاوی روغن کرچک به عنوان پوشش رویه‌ چرم طبیعی، برخی از آزمون‌های کیفی مهم به همراه آزمون شاخص حدی اکسیژن بر روی چرم‌های پوشیده شده از این نمونه‌ها انجام شد.

طباطبایی با اشاره به نتیجه تحقیقات خود گفت: طبق نتایج به‌دست‌آمده از آزمون‌های انجام شده بر روی پراکنه‌ها و فیلم‌های پلی‌یورتان آب‌پایه تأخیرانداز شعله حاوی روغن کرچک، این نمونه‌ها دارای خواص مطلوب برای استفاده در پوشش رویه‌ چرم طبیعی بودند. فیلم‌های پوششی برای تمامی نمونه‌ها عاری از چسبناکی همراه با شفافیت بسیار بالا و چسبندگی عالی به لایه‌های زیرین چرم بود. همچنین ثبات نمونه‌ها در برابر سایش تر و خشک، نور و لکه‌ آب بسیار مناسب گزارش شد. همچنین نمونه‌های چرمی حاوی دی‌ال فسفری، بهبود در خواص تأخیراندازی شعله از طریق افزایش در مقادیر شاخص حدی اکسیژن (بالای ۳۰ درصد) و کاهش دود در حین سوختن نشان دادند. 

وی ادامه داد: از این رو، نتایج حاصل از آزمون‌های انجام شده، پراکنه‌های پلی‌یورتان آب‌پایه خودشبکه‌ای شونده را گزینه‌ای بسیار مناسب به عنوان پوشش‌های تأخیرانداز شعله در صنایع چرم مطرح می‌کند.

به گزارش ایسنا، بخش آزمایشگاهی این طرح به طور کامل در کشور اسپانیا در دانشگاه باسک انجام گرفت. اساتید راهنمای این پروژه دکتر منوچهر خراسانی و دکتر مرتضی ابراهیمی هستند.

انتهای پیام