پیشرفت های اخیر در پلی یورتان‌ها و کاربرد آن در ساخت چرم
پلی یورتان
پلی یورتان (PU) یک پلیمر کاربردی است که به دلیل خواص مکانیکی استثنایی مانند انعطاف پذیری، چقرمگی و مقاومت در برابر سایش مورد توجه قرار گرفته است. همچنین می‌توان با استفاده از اصلاح انواع ایزوسیانات‌ها، پلی‌ال‌ها و گسترش‌دهنده‌های زنجیره‌ای را که در تهیه آن استفاده می‌شوند، برای کاربردهای مختلف طراحی و تولید کرد. این ویژگی باعث توسعه پلییورتانهای در کاربردهای مختلف بوده است که حاوی خواص خود ترمیمی، shape memory، ضد رسوب، ضد باکتری و لومینسانس هستند. افزایش تقاضا برای افزایش دوام، پایداری و عملکرد باعث نوآوری در پلی‌یورتان ها شده است، به ویژه در تولید چرم، جایی که به طور گسترده در دباغی مجدد و تکمیل استفاده می شود.در ادامه آخرین پیشرفت‌ها در پلی‌یورتان‌ها را با تمرکز بر اشکال مختلف آن و استفاده از آنها در جهت افزایش خواص چرم میپردازیم.
پلی‌یورتان ضد رسوب (Anti-Fouling PU)
برای جلوگیری از چسبیدن آلودگی‌های آلی و غیرآلی، رسوبات، باکتری‌ها، چربی و گرد و غبار به سطوح از پلییورتانهای ضد رسوب استفاده می‌شود. این ویژگی پلییورتانهای ضد رسوب در صنایع پوشش‌های دریایی، خودروسازی، تجهیزات پزشکی و سطوح صنعتی تبدیل به یکی از مواد پر اهمیت و کاربردی شده است.
دو راهکار اصلی برای ایجاد این ویژگی در پلی‌یورتان‌ها وجود دارد. یکی از راهکارها کاهش انرژی سطحی است که با افزودن ترکیبات فلوئورینه یا سیلیکونی مانند پلی‌دی‌متیل‌سیلوکسان، سطح پلی‌یورتان خاصیت آب‌گریزی و روغن‌گریزی پیدا می‌کند که از چسبیدن آلاینده‌ها جلوگیری می‌کند.
راهکار دیگر افزایش زبری سطح است. با ایجاد ساختارهای میکرو و نانومتری باعث می‌شود که مواد آلاینده نتوانند به سطح پلی‌یورتان بچسبند و می‌تواند به‌راحتی از روی آن پاک شوند. به عنوان مثال، پلییورتانهای اصلاح‌شده با پلی‌دی‌متیل‌سیلوکسان در پوشش‌های دریایی استفاده می‌شوند تا از چسبیدن جلبک‌ها، باکتری‌ها و سایر ارگانیسم‌های دریایی به بدنه کشتی‌ها جلوگیری کنند. همچنین، پوشش‌های مبتنی بر نانوذرات دی‌اکسید تیتانیوم (TiO₂) با ایجاد خاصیت خودتمیزشوندگی سطوح برای شیشه‌های ساختمانی و تجهیزات پزشکی استفاده می‌شوند.
پلی‌یورتان خودترمیم‌شونده (Self-Healing PU)
یکی از چالش‌های بزرگ در صنعت، افزایش دوام و کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری است. پلییورتانهای خودترمیم‌شونده می‌توانند ترک‌ها و آسیب‌های سطحی را بدون نیاز به مداخله خارجی ترمیم کنند و به همین دلیل در صنایع مختلف، توجه زیادی را به خود جلب کرده است.
دو روش اصلی برای ایجاد قابلیت خودترمیمی در پلی‌یورتان‌ها وجود دارد:
- روش Extrinsic Self-Healing: در این روش،میکروکپسول‌های حاوی مواد ترمیمی درون پلی‌یورتان قرار داده می‌شوند. هنگامی که سطح دچار ترک یا شکستگی شود، این کپسول‌ها باز شده و مواد داخل آنها بیرون می‌آید تا ترک را پر کرده و مانند یک چسب طبیعی عمل کند. با این حال، چون این مواد فقط یک‌بار قابل استفاده هستند، عمر محدودی دارند.
- روش Intrinsic Self-Healing: در این روش، ازپیوندهای شیمیایی برگشت‌پذیر مانند پیوندهای هیدروژنی، واکنش دی‌یلز-آلدر (DA) و پیوندهای دی‌سولفیدی استفاده می‌شود. این پیوندها تحت شرایط خاص مانند گرما یا نور دوباره تشکیل می‌شوند و ساختار پلیمر را ترمیم می‌کنند. به عنوان مثال، پلی‌یورتان‌هایی که دارای پیوند دی‌سولفیدی هستند، می‌توانند در دمای اتاق و تنها در عرض چند ساعت دوباره خود را ترمیم کنند، که این ویژگی برای پوشش‌های محافظتی بسیار پراهمیت است.
این نوع پلی‌یورتان‌ها در صنایع خودروسازی، ساختمان‌سازی، پوشش‌های محافظتی و چرم‌سازی باعث افزایش طول عمر محصولات و کاهش هزینه‌های تعمیر و تعویض می‌شود.
پلی‌یورتان آنتی‌باکتریال (Antibacterial PU)
با توجه به اینکه بسیاری از محصولات پلی‌یورتانی در محیط‌های باز یا در تماس با افراد قرار می‌گیرند، مقاومت در برابر رشد باکتری‌ها و قارچ‌ها یک ویژگی قابل اهمیت به شمار می‌آید.
برای ایجاد خاصیت آنتی‌باکتریال در پلی‌یورتان‌ها، دو روش رایج وجود دارد:
- استفاده از نانوذرات فلزی مانند نقره (Ag+)، مس (Cu2+) و روی (Zn2+): این فلزات دارای خاصیت ضدمیکروبی طبیعی هستند و از رشد باکتری‌ها و قارچ‌ها جلوگیری می‌کنند. تحقیقات نشان داده که پلی‌یورتان‌هایی که با ترکیبات نقره و مس اصلاح شده‌اند، در کمتر از ۵ دقیقه باکتری‌ها را به‌طور کامل از بین می‌برند.
- اتصال مستقیم ترکیبات ضدباکتری به ساختار پلی‌یورتان: در این روش، ترکیبات ضدباکتری به‌طور دائم در ساختار پلی‌یورتان قرار داده می‌شوند تا در طولانی‌مدت از رشد میکروارگانیسم‌ها جلوگیری کنند. به عنوان مثال، یک پلی‌یورتان حاوی گوانیدینواستیک اسید (GAA) توانست پس از ۱۲ بار شست‌وشو همچنان خاصیت ضدباکتریایی خود را حفظ کند، که نشان‌دهنده ماندگاری بالای این روش است.
این نوع پلی‌یورتان‌ها در صنایع پزشکی مانند کانترهای بیمارستانی، صنعت بسته‌بندی مواد غذایی و پوشش‌های چرمی مقاوم در برابر باکتری‌ها استفاده می‌شود.
پلی‌یورتان لومینسانس و تغییر رنگ‌دهنده (Luminescent & Color-Tunable PU)
پلی‌یورتان‌هایی که لومینسانس یا تغییر رنگ‌دهنده هستند، می‌توانند در صنایع مختلف مانند مد، طراحی داخلی، امنیت و فناوری‌های هوشمند کاربرد داشته باشند.
این پلی‌یورتان‌ها به دو دسته کلی تقسیم می‌شوند:
- پلییورتانهای فلورسنت: این مواد هنگام تابش نور، رنگ مشخصی را منعکس می‌کنند، اما پس از حذف منبع نور، تابش آنها متوقف می‌شود. این ویژگی برایپوشش‌های تزئینی، علائم هشداردهنده و طراحی‌های فانتزی کاربرد دارد.
- پلییورتانهای با فسفر پس‌تاب: این نوع پلی‌یورتان‌ها از مواد نادری مانندSrAl₂O₄،Eu2+, Dy3+ ساخته شده‌اند که می‌توانند پس از جذب نور، برای مدت طولانی به درخشش خود ادامه دهند. این مواد در علائم خروج اضطراری، لباس‌های ایمنی و روکش‌های تزئینی استفاده می‌شوند.
علاوه بر این، پلییورتانهای تغییر رنگ‌دهنده نیز توسعه یافته‌اند که می‌توانند در واکنش به تغییرات دما (ترموکرومیک) یا نور (فوتوکرومیک) رنگ خود را تغییر دهند. این ویژگی در چرم‌های هوشمند و محصولات مد روز بسیار محبوب شده است.
پلی‌یورتان حافظه‌شکلی (Shape Memory PU)
این نوع پلی‌یورتان‌ها قادرند پس از تغییر شکل، با یک محرک خاص مانند گرما، نور یا تغییر pH به شکل اولیه خود بازگردند. این ویژگی باعث شده تا در صنایع پزشکی، هوافضا، پوشاک و خودروسازی کاربرد گسترده‌ای پیدا کنند.
مکانیزم عملکرد پلییورتانهای حافظه‌شکلی بر پایه جداسازی میکروفازی بین بخش‌های سخت و نرم پلی‌یورتان استوار است. بخش‌های سخت مانند ستون‌های نگه‌دارنده عمل می‌کنند و بخش‌های نرم، مانند سوییچ‌های مولکولی در پاسخ به محرک‌های محیطی عمل می‌کنند.
یک نمونه از این نوع مواد، پلی‌یورتان حساس به نور UV است که تحت تابش UV تغییر شکل می‌دهد و سپس با افزایش دما، به حالت اولیه خود بازمی‌گردد. همچنین، برخی از این پلی‌یورتان‌ها می‌توانند به تغییر pH محیط واکنش نشان دهند که کاربردهای فراوانی در زیست‌پزشکی و صنایع هوشمند دارد.
کاربرد پلییورتانهای عملکردی در صنعت چرم‌سازی
۱.دباغی مجدد (Retanning) با پلییورتانهای پیشرفته
پلییورتانهای پایه آب (WPU) به عنوان جایگزینی سازگار با محیط زیست برای مواد سنتی دباغی مجدد چرم مورد استفاده قرار می‌گیرند. این مواد باعث افزایش یکنواختی ساختار چرم، بهبود مقاومت مکانیکی و ایجاد جلوه‌های ظاهری خاص می‌شوند.
به عنوان مثال، پلییورتانهای فلورسنت برای ایجاد چرم‌های درخشان و فانتزی، پلییورتانهای مقاوم در برابر شعله برای چرم‌های صنعتی و ایمنی، و پلییورتانهای کاهش‌دهنده فرمالدئید برای تولید چرم‌های کم‌خطر و سازگار با سلامت انسان مورد استفاده قرار گرفته‌اند.
۲.تکمیل چرم (Finishing) با پلی‌یورتان‌ها
در مرحله تکمیل چرم، پوشش‌های پلی‌یورتانی به چرم اعمال می‌شوند تا مقاومت در برابر خراش، آب، لکه و باکتری‌ها را افزایش دهند. برخی از جدیدترین پلییورتانهای مورد استفاده در این مرحله عبارتند از:
- پوشش‌های ضدباکتری که از رشد میکروب‌ها و قارچ‌ها جلوگیری می‌کنند.
- پوشش‌های تغییر رنگ‌دهنده که می‌توانند تحت تأثیر دما یا نور UV ظاهر خود را تغییر دهند.
- پوشش‌های مقاوم در برابر اشعه UV که از محو شدن رنگ چرم در برابر نور خورشید جلوگیری می‌کنند.
نتیجه‌گیری
پلییورتانهای عملکردی نقش مهمی در بهبود کیفیت، دوام و جذابیت چرم و سایر محصولات ایفا می‌کنند. با پیشرفت فناوری، انتظار می‌رود که چرم‌های پیشرفته‌تری با ویژگی‌های چندمنظوره، پایداری زیست‌محیطی و هوشمندی بیشتر تولید شوند.
