استفاده از پوشش های دوستدار محیط زیست برای تولید چرم تأخیرانداز شعله

به گزارش صنایع پلاستیک به نقل از روابط عمومی دانشگاه صنعتی امیرکبیر؛ سیده فرزانه طباطبائی حسینی فارغ التحصیل 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 اخیرا 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 به ویژه در حوزه‌ی پوشش‌ها به سمت خود جلب کرده 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، قیمت ارزان‌تر دانست.

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

وی با بیان اینکه یکی از کاربردهای پرمصرف پراکنه‌های پلی‌یورتان آب‌پایه در صنعت تکمیل چرم است، بیان 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 می‌سازد.

وی ادامه داد: این در حالی است که در بسیاری از کاربردهای محصولات چرمی، مقاومت به آب جزء مهمترین خاصیت به‌شمار می‌رود. همچنین امروزه بهبود مقاومت کالاهای چرمی در برابر آتش به ویژه 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.

وی ادامه داد: از اینرو 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  تقریبا ۷درصد از منابع نفت و گاز جهان برای ساخت پلیمرها مصرف می‌شود، بیان کرد: اخیرا 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 به ویژه روغن‌های گیاهی جلب شده است.

طباطبایی عنوان کرد: روغن‌های گیاهی به دلیل فراوانی و دردسترس‌بودن، 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 به ویژه پراکنه‌های پلی‌یورتانی انجام شده است.

ارائه طرح های نوآورانه برای ایجاد پوشش هایی 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.

وی با اشاره به روند پروژه که در اسپانیا انجام گرفته است، بیان 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 اتصال‌دهنده‌ی سیلانی، مقدار ۵/۹۰ 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 ۵/۳۶ 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 اتصال‌دهنده‌ی 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 گشت.

طباطبایی افزود: از طرفی فیلم‌های پلی‌یورتان آب‌پایه خودپخت‌شونده، خواص ضدآبی و پایداری حرارتی بالایی از خود نشان‌دادند که ناشی از عمکرد عالی شبکه‌ی 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 اینرو در بخش‌ بعدی برای ساخت پراکنه‌ها از غلظت بهینه‌ی 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.
وی 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 اینرو 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 آزمایش ها، 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 گشت. مقدار شاخص حدی اکسیژن برای فیلم حاوی ۷/۸ درصد وزنی دی‌ال فسفری، ۴/۳۰% همراه با رتبه‌بندی V۰ در آزمون سوختن عمودی UL-۹۴ 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. براساس 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 لایه‌ی زغال محافظ در اثر هم‌افزایی فسفر و سیلیکون به دست آمد.

فارغ التحصیل 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.

وی 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 رویه‌ی 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 لکه‌ی 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%) و کاهش دود در حین سوختن نشان دادند.

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

 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.