ایزوسیانات چیست

ایزوسیانات یک ترکیب شیمیایی آلی حاوی گروه (R−N=C=O) است که اولین بار در سال 1848 توسط فردی به نام Wurtz کشف شد. ترکیبی که با دو گروه عامل و یا بیشتر تولید شود به ترتیب دی ایزوسیانات و پلی ایزوسیانات نام دارند. این ترکیبات از خانواده ترکیبات شیمیایی با وزن مولکولی کم و بسیار واکنش پذیر هستند.

ایزوسیانات‌ها مونومرهای مهمی هستند که در طیف وسیعی از واکنش‌های شیمیایی شرکت می‌کنند. به عنوان مثال می‌توانند با آمین‌ها، الکل‌ها، مرکاپتان‌ها، آب، کربوکسیلیک اسید و حتی با خودشون واکنش داده و به فرم‌های دیمرها (اوردتیون‌ها) و تریمرها (ایزوسیانورات‌ها) را تشکیل می‌دهند یا می توان آنها را به پلی ایزوسیانات پلیمریزه کرد.

نحوه‌ی تولید ایزوسیانات

متداول‌ترین روش سنتز ایزوسیانات فسژن (Phosgene Route) است که در سال 1884 توسط Hentschel ابداع شد. این روش شامل دو مرحله است:

1. تشکیل کلرید کاربامیک،
2. حذف دو مولکول اسید کلریدریک.

از آنجا که کنترل روش فسژن ممکن است خطرناک باشد، روش دیگری به نام فسژن-فری نیز برای سنتز ایزوسیانات وجود دارد. در این روش، سنتز با نیتروبنزن آغاز می‌شود. در ادامه، اتیل یورتان مستقیماً از مونوکسیدکربن و اتانول تشکیل می‌شود. یورتان توسط یک کربونیلاسیون دیمره می‌شود و سر انجام با حرارت دادن، یورتان به ایزوسیانات و الکل تجزیه می‌شود.

کاربردهای ایزوسیانات

ایزوسیانات‌ها با الکل‌ها (هیدروکسیل ) واکنش داده و پلیمرهای پلی یورتان را تولید می‌کند. از سری این محصولات می‌توان به فوم های پلی یورتانی، الاستومرهای ترموپلاستیک، الیاف اسپندکس، رنگ‌های پلی یورتانی و… اشاره کرد.

ایزوسیانات مواد اولیه‌ای است که کلیه‌ی محصولات پلی یورتان را تشکیل می‌دهد. مشاغلی که ممکن است در معرض ایزوسیانات قرار بگیرند شامل رنگ آمیزی، تولید فوم و ساخت بسیاری از محصولات پلی اورتان مانند مواد شیمیایی، فوم پلی یورتان، مواد عایق، پوشش‌های سطحی، صندلی‌های اتومبیل، مبلمان، پوشش‌های کف، تشک زیر فرش، مواد بسته بندی، کفش، پارچه‌های چند لایه، لاستیک پلی اورتان و چسب‌ها و …. می‌باشند.

پلی یورتان ها مهمترین بخش از مصارف ایزوسیانات را تشکیل می‌دهند و در بسیاری از واکنش‌های دیگر نیز شرکت می‌کنند. در جدول زیر تعدادی از این واکنش‌ها و محصولات حاصله آورده شده است:

اوره (Urea)

یورتان (Urethane)

آمین (Amine)

آلوفانات (Allophanate)

بیورت (Biuret)

آمید (Amide)

1-نایلون (1-Nylon)

انواع ایزوسیانات

پرکاربردترین ترکیبات، دی ایزوسیانات‌ها هستند که حاوی دو گروه ایزوسیانات و پلی ایزوسیانات ها که معمولاً از دی ایزوسیانات‌ها گرفته می‌شوند و ممکن است حاوی چندین گروه ایزوسیانات باشد. دی ایزوسیانات‌ها را می‌توان به دو دسته‌ی کلی آروماتیک و آلیفاتیک تقسیم بندی کرد.

دی ایزوسیانات آروماتیک

از پرمصرف ترین دی ایزوسیانات‌های آروماتیک می‌توان به TDI و MDI اشاره کرد.

تولوئن دی ایزوسیانات (TDI) یک ماده شیمیایی صنعتی مهم است که نقش حیاتی در شیمی پلی یورتان ایفا می‌کند. تولوئن دی ایزوسیانات از تولوئن و از طریق دینیتروتولوئن، کاهش گروه نیترو با هیدروژن و فسژناسیون سنتز می‌شود. حدود 85% از مصرف TDI مربوط به فوم‌های نرم و انعطاف پذیر که به طور گسترده در تولید مبلمان، صندلی اتومبیل، زیرلایه‌های فرش، و کالای خواب کاربرد دارند،  10% برای پوشش‌ها و 5% باقی‌مانده در سایر موارد می‌باشد.

در کاربردهای صنعتی و فنی، از TDI به حالت خالص و یا 2،4-ایزومر و یا به عنوان ترکیبی از ایزومرهای 2،4 و 2،6 استفاده می‌شود .دو نمونه کیفیت ترکیبی TDI-80/20 و TDI-65/35 موجود هستند به این معنی که ترکیبات  به ترتیب حاوی 80٪ ایزومر 2،4 – 20٪ ایزومر 2،6 و 65٪ ایزومر 2،4 – 35٪ ایزومر 2،6 هستند.

دی فنیل متان دی ایزوسیانات (MDI) از مواد اولیه آنیلین و فرمالدئید تولید می‌شود. آنیلین به ترتیب از نیتراتاسیون بنزن و به دنبال آن کاهش توسط آنیلین از طریق هیدروژناسیون تولید می‌شود. بزرگترین سهم مصرف MDI مربوط به فوم‌های سخت(حدود 60%)، و سپس چسب‌ها، درزگیرها، پوشش‌ها، الاستومرها، و فوم‌های نرم پلی یورتانی است.

TDI و MDI به طور کلی ارزان تر و واکنش پذیرتر از سایر ایزوسیانات ها هستند. اما  MDI فشار بخار پایین‌تر و در نتیجه سمیت کمتری نسبت به TDI دارد.  از این دسته دی ایزوسیانات‌های آروماتیک به عنوان ماده اولیه برای فوم‌های نرم در کالای خواب به فرم فوم‌های بلوکی یا فوم‌های قالبی برای صندلی ماشین‌ها، فوم‌های سخت به عنوان فوم‌های عایق در یخچال‌ها و الاستومرها در زیره کفش استفاده می‌شود.

دی ایزو سیانات آلیفاتیک

یک عیب دی ایزوسیانات آروماتیک این است که وقتی پخته می‌شود زرد یا قهوه ای تیره می‌شود که این مشکلات کاربردهای آن را محدود می‌کند. در حالی که ایزوسیانات آلیفاتیک باعث تولید پلیمرهایی می‌شود که در برابر اشعه ماورا بنفش پایدارتر هستند (تغییر رنگ نمی‌دهند) و کمتر در معرض اکسیداسیون و تخریب هستند.

علاوه بر این به طور کلی، دی ایزوسیانات‌های آلیفاتیک واکنش کمتری نسبت به ایزوسیانات‌های آروماتیک دارند. اما از معایب این گروه از ایزوسیانات‌ها می توان به این نکته اشاره کرد که خواص مکانیکی محصولات نهایی مانند مقاومت در برابر کشش و انعطاف پذیری پایین‌تر دارد. با این حال، ایزوسیانات‌های آلیفاتیک در فرمولاسیون‌های پوشش، کاربرد دارند.  به عبارت دیگر، 90٪ ایزوسیانات‌های آلیفاتیک در پوشش‌ها و 6٪ در الاستومرها استفاده می‌شود و تقریبا نیمی از پوشش‌های پلی اورتانی که از ایزوسیانات آلیفاتیک استفاده می‌کنند، مربوط به خودرو هستند.

سه ایزوسیانات آلیفاتیک که بیش از 95٪ کل ایزوسیانات های آلیفاتیک را تشکیل می‌دهند عبارتند از حدود 50% هگزامتیلن دی ایزوسیانات (HDI)، 30% ایزوفرون دی ایزوسیانات (IPDI) و مابقی فرم هیدروژنه MDI ،4،4′ دی ایزوسیانات و دیسیکلوهگزیل متان (H12MDI).

انواع ایزوسیانات تجاری

ایزوسیانات‌های گوناگونی هم از نوع ایزوسیانات خارجی و ایزوسیانات داخلی در بازار ایران مصرف می‌شود که در ادامه‌ی مقاله به مهمترین آنها اشاره خواهد شد.

ایزوسیانات خارجی

• ایزوسیانات PM200 وانهوا (Wanhua) تولید کشور چین است که یکی از محبوب‌ترین و پرکاربردترین ایزوسیانات‌ها در کشور ایران است. این محصول که در دمای محیط به صورت مایع قهوه ای رنگ است، یک ترکیب مبتنی بر دی ایزوسیانات دیفنیل متان (MDI) و شامل برخی دیگر از ایزوسیانات‌های با عملکرد بالاتر است. ایزوسیانات PM-200 می‌تواند به طور گسترده‌ای در تولید فوم سخت عایق حرارتی پلی یورتانی استفاده شود. از دیگر کاربردهای آن می‌توان به تولید فوم ایزوسیانورات، رنگ‌ها، چسب‌ها، فوم ساختاری، سپر و قطعات داخلی خودرو، فوم با مقاومت بالا و چوب مصنوعی، و غیره اشاره کرد.
• ایزوسیانات Desmodur N 75  ساخت شرکت کاوسترو کشور آلمان، نوعی پلی ایزوسیانات آلیفاتیک ( HDIبیورت) است که به عنوان جز هاردنر در تولید پوشش‌های پلی یورتانی به خصوص در صنایع خودرو، و یا رویه کاری چوب، مبلمان و پلاستیک کاربرد دارد. از ویژگی‌های این ماده می‌توان به مقاومت بالا در برابر شرایط جوی و عوامل شیمیایی و خواص مکانیکی عالی اشاره کرد.
• ایزوسیانات Desmodur 44V20L ساخت شرکت کووسترو کشور آلمان، مایع قهوه‌ای تیره و مخلوطی از  دی فنیل متان -4،4′-دی ایزوسیانات (MDI) با ایزومر و همولوگ‌های با عملکرد بالاتر می‌باشد. این ماده برای تولید فوم‌های سخت مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• ایزوسیانات M200 ساخت شرکت کومهو کشور کره است. این ماده نوعی MDI پلیمریک است که دارای کاربردهای زیادی در زمینه‌های مختلف از جمله تولید فوم‌های سخت و پوشش‌های پلی یورتانی می‌باشد.
• ایزوسیانات M20S ساخت شرکت BASF یک MDI پلیمری است که بر پایه دی فنیل متان 4و4 دی ایزوسیانات، ایزومرها و الیگومرهای با عملکرد بالا تولید می‌شود. این ماده در زمینه‌های مختلفی از جمله تولید فوم‌های عایق، فوم‌های سخت با دانسیته بالا، فوم‌های صنعت اتومبیل، فوم‌های عایق صوتی، مواد ریخته گری، درزگیر و چسب کاربرد دارند.
• ایزو سیانات Basonat HB 175 MP/X  ساخت شرکت BASF است که نوعی پلی ایزوسیانات آلیفاتیک بر پایه HDI  بیورت اصلاح یافته است که دارای مقاومت بالا در برابر شرایط جوی و عوامل شیمیایی، خواص فیزیکی عالی و عدم زرد شدگی است. این محصول در پوشش‌های پلی یورتانی کاربرد گسترده ای دارد. از دیگر موارد مصرف آن می‌توان به پوشش‌های داخل و رویه اتومبیل، پوشش‌های داخلی و خارجی ترکیبات پلاستیکی، فلزات، مبلمان، چوب و… اشاره کرد.
• ایزوسیانات MILLIONATE MR-200 ساخت کشور ژاپن، یک دی ایزوسیانات آروماتیک و ترکیبی از MDI خالص و پلیمری است. از این محصول در تولید الاستومر، چرم، زیره کفش و الیاف پلی یورتان اسپندکس و همچنین فوم‌های سخت استفاده می شود.

ایزوسیانات داخلی

تولید ایزوسیانات MDI و TDI برای اولین بار در ایران توسط  شرکت پتروشیمی کارون صورت گرفته است.

• ایزوسیانات MDI کارون با کد تجاری KP-200  به صورت مایع با رنگ قهوه ای روشن به فروش می‌رسد. این محصول از نوع متیلن دی فنول دی ایزوسیانات پلیمری (PMDI) است که از روش فسژناسیون تولید می‌شود.
• ایزوسیانات TDI کارون که به صورت مایع شفاف و با کد تجاری KT-80 به فروش می‌رسد. این ماده دارای ترکیب 80% ایزومر  2,4-TDI و 20% ایزومر 2,6-TDI  است.

از کاربردهای ایزوسیانات کارون می‌توان به موارد زیر اشاره کرد

• بیشترین کاربرد این محصولات تولید فوم‌های انعطاف پذیر است که برای ساخت ملافه، مبلمان، صندلی‌های اتومبیل، بسته بندی‌های انعطاف پذیر و زیرانداز فرش از آن استفاده می‌شود.
• تولید فوم های نرم، اسفنجی، سخت و متخلخل مورد استفاده در مبلمان، بسته بندی، عایق بندی و قایق سازی.
• پوشش‌های پلی یورتان مورد استفاده در چرم، سیم، روکش مخزن.
• الاستومرها، برای تولید چسب، فیلم و آستر و چرخ های ساینده و سایر موارد مکانیکی که به مقاومت در برابر سایش و حلال نیاز دارند.
• فوم های سخت، برای استفاده در لوازم خانگی، و در مقادیر کمتر برای استفاده در بسته بندی.
• درزگیرهای یورتانی، در صنعت ساختمان

گردآوری و ترجمه: واحد تولید محتوای گروه صنعتی مکرر

منابع:

• polymerdatabase.com
• cdc.gov
• basf.com
• covestro.com
• krnpc.ir