مروری بر پوشش‌‌های پلی‌‌یورتان‌‌ بر پایه موادزیستی

نوع مقاله : مقاله مروری

نویسنده

استادیار، گروه پژوهشی طراحی فرآیندهای شیمیایی، دانشکده فنی، جهاد دانشگاهی، دانشگاه تهران

چکیده

پلی‌‌یورتان‌‌ها یکی از مهم‌‌ترین پلیمرهای چند منظوره هستند که به طور گسترده‌ای در ساخت فوم‌‌های سخت و نرم، چسب‌‌ها، پوشش‌‌ها، فیلم‌‌ها و سایر محصولات استفاده می‌‌شوند. پلی‌‌یورتان‌‌ها معمولاً از طریق واکنش بین ایزوسیانات‌‌ها و پلی‌‌‌‌ال‌‌ها تولید می‌‌شوند. اما افزایش نگرانی‌‌ها در مورد کاهش منابع نفتی، آلودگی محیط‌زیست و قیمت این مواد، تلاش‌‌های قابل‌توجهی را برای توسعه پلی‌‌یورتان‌‌ها و پلی‌‌ال‌‌ها از منابع تجدیدپذیر به ویژه در صنایع چسب و پوشش به دنبال داشته است. در پژوهش حاضر، طیف گسترده روغن‌‌های ‌‌گیاهی مورد استفاده در سنتز پلی‌‌یورتان‌‌ها معرفی شده و ساختارهای شیمیایی، منشأ و روش‌‌های سنتز پلی‌‌ال، پلی‌‌ایزوسیانات و پلی‌‌یورتان‌‌ها از روغن‌‌های گیاهی بررسی می‌‌شود. سپس خصوصیات چسب و پوشش‌‌های بر پایه مواد زیستی بر اساس اخرین تحقیقات مورد بررسی قرار گرفته و با خصوصیات چسب‌‌های تجاری مقایسه می‌‌شود. بررسی‌‌های انجام شده نشان می‌‌دهد که نوع روغن گیاهی، نسبت NCO/OH، انعطاف‌‌پذیری و حضور سایر مواد افزودنی از عوامل مهم و تاثیرگذار بر عملکرد چسب‌‌ها و پوشش‌‌های پلی‌‌یورتان هستند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Bio-Based Polyurethane Coatings: A Review

نویسنده [English]

  • Zohre Taherkhani
Chemical Process Design Research Group, ACECR, Faculty of Engineering, University of Tehran
چکیده [English]

Polyurethanes are one of the most important multifunctional polymers that are widely used in the manufacture of hard and soft foams, adhesives, coatings, films and other products. Polyurethanes are usually synthesized by the reaction between isocyanates and polyols. However, concerns over declining oil resources, environmental pollution, and the price of oil-based materials have led to significant efforts to develop polyurethanes and polyols from biorenewable sources, especially in the adhesive and coating industries. In the present study, a wide ranges of vegetable oils used in the preparation of polyurethanes are reviewed and the chemical structures and synthesis methods of polyol, polyisocyanates and bio-based polyurethanes from vegetable oils are investigated. Then the properties of adhesives and coatings based on biomaterials are disscussed and compared with the properties of commercial adhesives. Studies show that the type of vegetable oil, NCO / OH ratio, flexibility and the presence of other additives are the most important parameters that affects the performance of polyurethane adhesives and coatings.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Polyurethane
  • Coating and adhesive
  • Vegetable oil
  • Bio-Based material

مراجع

  1. 1. Y. Li, X. Luo, S. Hu, "Bio-based Polyols and Polyurethanes", USA, Springer, 2015.
  2. 2. A. Noreen, K. M. Zia, M. Zuber, S. Tabasum, A. F. Zahoor, "Bio-based polyurethane: An efficient and environment friendly coating systems: A review", Prog. Org. Coat. 91, 25-32, 2016.
  3. 3. م. اکبریان، م. ا. علیا، م. عطائی‌فرد، م. مهدویان، "پوششهای سطوح داخلی خطوط لوله پساب صنعتی"، نشریه علمی مطالعات در دنیای رنگ، 4، 100-89، 1393.
  4. 4. S. Sahoo, S. Mohanty, S. K. Nayak, "Biobased polyurethane adhesive over petroleum based adhesive: Use of renewable resource", J. Macromol. Sci. A 55, 36-48, 2018.
  5. 5.J. V. Beilen, Y. Poirier, "Prospects for bio-polymer production in plants", Berlin, Springer, 2007.
  6. 6. ب. غلامپور، ه. غلامیان، "مواد مورد مصرف در آستری و پوشش‌های چوب و انواع روش‌های میکروسکوپی جهت ارزیابی آنها"، نشریه علمی مطالعات در دنیای رنگ، 9، 76-65، 1398.
  7. 7. R. V. Gadhave, P. S. Kasbe, P. A. Mahanwar, P. T. Gadekar, "Synthesis and characterization of lignin-polyurethane based wood adhesive", Int. J. Adhes. Adhes. 95, 102427, 2019.
  8. 8. C. K. Patil, S. D. Rajput, R. J. Marathea, R. D. Kulkarni, H. Phadnis, D. Sohnd, P. P. Mahulikar, V. V. Gite, "Synthesis of bio-based polyurethane coatings from vegetable oil and dicarboxylic acids", Prog. Org. Coat. 106, 87-95, 2017.
  9. 9. M. Lancaster, "Green chemistry: an introductory text", 2nd edition, UK, RSC, 2010.
  10. 10. W. Abdussalam-Mohammed, A. Q. Ali, A. O. Errayes, "Green chemistry: principles, applications, and disadvantages", Chem. Methodol. 4, 408-423, 2020.
  11. 11. S. Das, P. Pandey, S. Mohanty, S. Nayak, "Insight on castor oil based polyurethane and nanocomposites: recent trends and development", Polym. Plast. Technol. Eng. 56, 1556-1585, 2017.
  12. 12. Z. Dai, P. Jiang, W. Lou, P. Zhang, Y. Bao, X. Gao, J. Xia, A. Haryono, "Preparation of degradable vegetable oil-based waterborne polyurethane with tunable mechanical and thermal properties", Eur. Polym. J. 139, 109994, 2020.
  13. 13. R. Gu, S. Konar, M. Sain, "Preparation and Characterization of Sustainable Polyurethane Foams from Soybean Oils", J. Am. Oil Chem. Soc. 89, 2103-2111, 2012.
  14. 14. H. Vahabi, H. Rastin, E. Movahedifar, K. Antoun, N. Brosse, M. R. Saeb, "Flame Retardancy of Bio-Based Polyurethanes: Opportunities and Challenges", Polym. 12, 1234, 2020.
  15. 15. Bio-Based Polyurethane (PU) Market Analysis and Forecast to 2020. Available online: https: //bioplasticsnews.com /2015 /02/13/bio-based-polyurethane-pu-market-analysis-and-forecasts-to-2020/, 2020.
  16. 16. S. S. Panda, B. P. Panda, S. K. Nayak, S. Mohanty, "Review on Waterborne Thermosetting Polyurethane Coatings Based on Castor Oil: Synthesis, Characterization and Application", Polym. Plast. Technol. Eng. 57, 500-522, 2018.
  17. 17. S. Sinadinović-Fišer, M. Janković, Z. S. Petrović, "Kinetics of in situ epoxidation of soybean oil in bulk catalyzed by ion exchange resin", J. Am. Oil Chem. Soc. 78, 725-731, 2001.
  18. 18. Z. S. Petrović, A. Zlatanić, C. C. Lava, S. Sinadinović-Fišer, "Epoxidation of soybean oil in toluene with peroxoacetic and peroxoformic acids - kinetics and side reactions", Eur. J. Lipid Sci. Technol. 104, 293-299, 2002.
  19. 19. D. P. Pfister, Y. Xia, R. C. Larock, "Recent Advances in Vegetable Oil-Based Polyurethanes", Chem. Sus. Chem. 4, 703-717, 2011.
  20. 20. Z. S. Petrovic, "Polyurethanes from Vegetable Oils", Polym. Rev. 48, 109-155, 2008.
  21. 21. S. Miao, P. Wangc, Z. Su, S. Zhang, "Vegetable-oil-based polymers as future polymeric biomaterials", Acta Biomater. 10, 1692-1704, 2014.
  22. 22. G. Cayli, S. Kusefo-glu, "Biobased polyisocyanates from plant oil triglycerides: Synthesis, polymerization, and characterization", J. App. Pol. Sci.109, 2948-2955, 2008.
  23. 23. S. Sahoo, H. Kalta, S. Mohanty, S. K. J. Nayak, "Synthesis of Vegetable Oil‐Based Polyurethane: A Study on Curing Kinetics Behavior", Chem. Kinet. 48, 622-634, 2016.
  24. 24. Z. S. Petrović, W. Zhang, I. Javni, "Structure and properties of polyurethanes prepared from triglyceride polyols by ozonolysis", Biomacromolecules. 6, 713-719, 2005.
  25. 25. T. Gurunathan, S. Mohanty, S. K. Nayak, "Isocyanate terminated castor oil-based polyurethane prepolymer: Synthesis and characterization", Prog. Org. Coat. 80, 39-48, 2015.
  26. 26. K. P. Somani, S. S. Kansar, N. K. Patel, A. K. Rakshit, "Castor oil based polyurethane adhesives for wood-to-wood bonding", Int. J. Adhes. Adhes. 23, 269-275, 2003.
  27. 27. S. D. Desai, J. V. Patel, V. K. Sinha, "Polyurethane adhesive system from biomaterial-based polyol for bonding wood", Int. J. Adhes. Adhes.23, 393-399, 2003.
  28. 28. S. Sahoo, H. Kalita, S. Mohanty, S. K. Nayak, "Synthesis and characterization of vegetable oil based polyurethane derived from low viscous bio aliphatic isocyanate: adhesion strength to wood-wood substrate bonding", Macromol. Res. 25, 772-778, 2017.
  29. 29. U. Stirna, B. Lazdina, D. Vilsone, M. J. Lopez, M. V. G. Carmen, F. Suárez-Estrella, J. Moreno, "Structure and properties of the polyurethane and polyurethane foam synthesized from castor oil polyols", J. Cell Plast. 48, 476-488, 2012.
  30. 30. H. Yeganeh, M. A. Shamekhi, "Novel polyurethane insulating coatings based on polyhydroxyl compounds, derived from glycolysed PET and castor oil", J. Appl. Polym. Sci. 99, 1222-1233, 2006.
  31. 31. H. Yeganeh, H. R. Moeini, "Novel polyurethane electrical insulator coatings based on amide-ester-ether polyols derived from castor oil and re-cycled poly(ethylene terphthalate)", High Perform. Polym. 19, 113-126, 2007.
  32. 32. S. W. Choi, D. W. Seo, Y. D. Lim, Y. G. Jeong, M. S. I. Mollah, H. Park, W. H. Tae, G. K. Whan, "Controllable properties and microstructure of hydrogels based on crosslinked poly(ethylene glycol) diacrylates with different molecular weights", J. Appl. Polym. Sci. 121, 764-769, 2011.
  33. 33. K. H. Badri, A. H. Ujar, Z. Othman, F. H. Sahaldin, "Shear strength of wood to wood adhesive based on palm kernel oil", J. Appl. Polym. Sci. 100, 1759-1764, 2006.
  34. 34. H. P. Benecke, B. R. Vijayendran, D. B. Garbark, K. P. Mitchell, "Low cost and highly reactive biobased polyols: a co-product of the emerging biorefinery economy", Clean (Weinh) 36, 694-699, 2008.
  35. 35. V. V. Gite, R. D. Kulkarni, D. G. Hundiwale, U. R. Kapadi, "Synthesis and characterisation of polyurethane coatings based on trimer of isophorone diisocyanate (IPDI) and monoglycerides of oils", Surf. Coat. Int. 89, 117-122, 2006.
  36. 36. P. A, Khoon, S. L. Choy, F. C. Sit, H. C. Cheng, "Synthesis of palm oil‐based polyester polyol for polyurethane adhesive production", J. appl. polym. sci. 131, 39967, 2014.
  37. 37. M. Ionescu, "Oligo-Polyols for Elastic Polyurethane in Chemistry and Technology of Polyols for Polyurethanes", UK, Rapra Technology Limited, 2005.
  38. 38. B. Lin, L. Yang, H. Dai, A. Yi, "Kinetic Studies on oxirane ring cleavage of epoxidized soybean oil by methanol and characterization of polyols", J. Am. Oil Chem. Soc. 85, 113-117, 2008.
  39. 39. M. A. Min, A. Y. Zahir, K. Siti, C. A. Luqman , "Synthesis and characterization of Jatropha (Jatropha curcas L.) oil-based polyurethane wood adhesive", Ind. Crop. Prod. 60, 177-185, 2014.
  40. 40. H. Sardon, L. Irusta, M. J. Fernández-Berridi, M. Lansalot, E. Bourgeat-Lami, "Synthesis of room temperature self-curable waterborne hybrid polyurethanes functionalized with (3-aminopropyl) triethoxysilane (APTES)", Polym. 51, 5051-5057, 2010.

 

مطالعات در دنیای رنگ
دوره 11، شماره 1
خرداد 1400
صفحه 11-22

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 28 آذر 1399
  • تاریخ بازنگری: 25 بهمن 1399
  • تاریخ پذیرش: 28 بهمن 1399

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار