ورتانها در کاربردهای وسیعی مورداستفاده قرار می‌گیرند. شکل (1-1) نشان‌دهنده‌ی کاربردهای وسیع آن‌ها می‌باشد که به هفت گروه: قالب انعطاف‌پذیر، فوم سخت، ورقههای انعطاف‌پذیر، الاستومرهای جامد، قالب‌گیری تزریقی واکنشی (RIM)3، ماده پوششی و دوجزئی تقسیم میشوند[8،1].
شکل (1-1): کاربردهای مختلف پلییورتان در صنایع مختلف[8]
1-2. شیمی پلییورتانها
گروه ایزوسیانات میتواند با موادی که دارای هیدروژن فعال هستند و هم‌چنین با خود واکنش دهد[11،1]. زمانی که ایزوسیاناتها با موادی شامل حداقل دو هیدروژن فعال در هر مول واکنش می‌دهند، یک پلیمر به صورت فوم نرم یا سخت، الاستومرها، پوشش‌ها و چسبها تولید میشود[9]. طرح (1-1) نشان‌دهنده‌ی تشکیل پیوند یورتانی میباشد. بر اثر واکنش میان گروه ایزوسیاناتی با گروه هیدروکسیلی پیوند یورتانی به وجود میآید.

پیوند یورتانی گروه هیدروکسیل گروه ایزوسیانات
طرح (1-1): واکنش ایزوسیانات با گروه هیدروکسیل و تشکیل گروه یورتانی[8]
پلییورتان میتواند ساختار شیمیایی ترموپلاستیک یا ترموست و یا ساختار فیزیکی مانند فوم و الاستومر نرم را به خود بگیرد. ترکیب شیمیایی پلی‌یورتان بر اساس نوع ایزوسیانات و پلیال میتواند متفاوت باشد[8].
مهم‌ترین مزیت پلی‌یورتان، استحکام بالا در دمای پایین، خاصیت فوم شوندگی سریع و مقاومت در برابر ساییدگی، ازن، اکسیژن و مقاومت در حضور رطوبت می‌باشد[8].
1-3. ترموپلاستیک پلی‌یورتان و کاربرد آن
ترموپلاستیک پلییورتانها، پلییورتانهایی هستند که اخیراً درزمینه‌ی فنّاوری یورتانها توسعه‌یافته‌اند. این پلیمرها معمولاً از واکنش یک دیایزوسیانات، یک پلیال (پلیاتر یا پلیاستر) که در انتهای زنجیر پلیمری خود عامل -OH دارد و یک زنجیرگستراننده مانند 1و4 بوتان‌دی‌ال، با وزن مولکولی کم‌ به دست میآید[1].
ترموپلاستیک پلییورتان اولین ماده‌ی الاستومری همگن میباشد که می‌تواند به‌وسیله‌ی روشهای متداولی که برای تولید ترموپلاستیکها مورد استفاده قرار میگیرد، تولید شود. طبق تعریف، ترموپلاستیک پلییورتان به‌عنوان پلی مابین لاستیک و پلاستیک است. با وجود اینکه این مواد عملکرد لاستیکی دارند، می‌توانند به‌عنوان یک ترموپلاستیک فرآیند شوند. این پلیمر از نوع ترموپلاستیک الاستومرها و دارای درجه‌ی بالایی از انعطاف‌پذیری هستند که با ساختار شبکهای به هم وصل میشوند. زمانی که فشار خارجی بر روی یک الاستومر وارد می‌شود، الاستومر ایدهال فقط پاسخ الاستیک نشان می‌دهد، در صورتی که الاستومرهای واقعی پاسخ نیمه الاستیک و ویسکوالاستیک نیز از خود نشان میدهند. زمانی که شاخه‌ها به صورت شبکهای به هم وصل میشوند، سیستم ویژگیهای شبه جامد پیدا میکند که در این حالت شاخهها از جریان پیدا کردن در اثر فشار خارجی، جلوگیری می‌کنند. این پلیمرها همانند یک لاستیک معمولی می‌توانند تا 10 برابر اندازه‌ی واقعی خود افزایش طول دهند و اگر نیروی خارجی قطع شود دوباره به ‌سرعت به حالت اولیه خود بازمی‌گردند. شبکه‌ای که باعث ارتباط داشتن زنجیرهای پلیمری با هم میشود میتواند شیمیایی یا فیزیکی باشد، تنها تفاوت ترموپلاستیک الاستومر با الاستومر در این است که ترموپلاستیک الاستومر دارای پیوندهای عرضی فیزیکی میان زنجیرهای پلیمری است. درواقع، ترموپلاستیک الاستومرها موادی با پیوندهای عرضی قابل‌برگشت دمایی هستند که میتوانند به صورت ترموپلاستیک فرآیند شوند[16-13،11-8،1].
ترموپلاستیک الاستومرها دارای سیستم دوفازی هستند، فاز سخت و جامد و فاز نرم و الاستومری که با پیوند شیمیایی به هم ارتباط دارند. فاز سخت استحکام به این پلیمرها میدهد و در برابر آن نیز، فاز نرم و الاستومری حالت انعطاف‌پذیری و الاستیکی به پلیمر میدهد. فاز سخت شامل زنجیرگستراننده (مانند بوتان‌دی‌ال) و دیایزوسیانات‌ها (مانند MDI) میباشد. فاز نرم شامل پلی‌ال پلی‌اتری یا پلی‌ال پلی‌استری میباشد. هر دو فاز دمای ذوب و انتقال شیشهای متفاوتی دارند که به طور طبیعی، فاز سخت دمای ذوب بالاتری دارد. به همین دلیل، پلیمر در دمای بالاتر از دمای ذوب به صورت مذاب ویسکوز همگنی تبدیل میشود که باعث فرآیند شدن به روشهای مختلف می‌گردد[15،10].
قسمتهای سخت زنجیر پلییورتان که در زنجیر تکرار میشوند، قطبی هستند و به علت نیروی جاذبه قوی دوطرفه، تجمع پیدا کرده و به صورت بلوری و یا نیمه بلوری در ماتریس پلیمری درمی‌آیند. قسمتهای نرم دارای ویژگی الاستومری به همدیگر به صورت خطی از طریق پیوند عرضی متصل شدهاند[13].
این پلیمرها دارای خواص فوق‌العاده خوبی ازجمله: خاصیت ضد ساییدگی عالی، مقاومت مکانیکی بالا، انعطاف‌پذیری در دمای پایین، قدرت تحمل وزن زیاد، مقاومت در برابر آب، روغنها و حلالها، قابلیت تراش و خواص کشسانی زیاد هستند. از کاربردهای آن می‌توان به جایگزین بسیار مقاوم چرم برای استفاده در صنعت کفش، وسایل ورزشی، لوازم پزشکی، پوشش کابلها، استفاده در هرجایی که براثر برخورد اجسام تیز به مقاومت سایش و مقاومت پارگی بالا نیاز باشد، تسمه‌نقاله‌ها، ضربه‌گیرها، عایقهای صدا، در سازههای بتنی، شیلنگ نوار زهی پنجرهها، انواع واشرها و نظایر آن اشاره نمود[1].
روشهای مورد استفاده در فرایند ترموپلاستیکهای پلییورتان همانند دیگر ترموپلاستیکها شامل تزریق، اکستروژن، غلطکزنی و شکل‌دهی حلالی می‌باشد و این ترموپلاستیکها دارای خواص الاستومری بسیار خوب، مقاومت کششی، سایشی و مقاومت در مقابل عوامل محیطی بسیار عالی هستند[1].
1-4. شیمی ترموپلاستیک پلییورتان
ترموپلاستیک پلییورتان معمولاً سیستمهای کوپلیمری هستند که در زنجیر پلیمری آنها قسمتهای سخت و نرم متناوباً قرار دارند. قسمتهای نرم به ساختار پلیاستر و یا پلیاتر به‌کاررفته مربوط میشود و قسمتهای سخت ساختار اوره و یا یورتان به‌دست‌آمده از واکنش بین دی‌ایزوسیانات و دی آمین و یا دی‌ال را شامل میشود. بنابراین مواد اولیهای که در تشکیل ترموپلاستیک پلییورتان مصرف میشوند عبارتنداز: دی‌ایزوسیانات، پلیالها و زنجیرگسترانندههای دی‌الی و یا دی آمینی[1].
همانند طرح (1-2) واکنش اصلی شیمی پلییورتان میان ایزوسیانات و ترکیبی از هیدروکسیل می‌باشد.

طرح (1-2): واکنش ایزوسیانات با الکل[8]
واکنشهای ممکن دیگری از گروه‌های ایزوسیاناتی و گروههای فعال هیدروژنی شامل -NH2 ، -NH ، -COOH و -CO-NH2 می‌باشند.
واکنش مهم‌ترین قسمت آمادهسازی ترموپلاستیک پلییورتان میباشد که میان دیایزوسیانات و گروههای متنوع دیگری با انتهای هیدروکسیل میباشد. به‌طورکلی، ترموپلاستیک پلییورتانها از پلیالهای با وزن مولکولی از 600 تا 4000 و زنجیرگستراننده با وزن مولکولیهای از 61 تا 400 و یک پلیایزوسیانات تشکیل میشوند. انتخاب ترکیبات اولیه و نسبت آن‌ها به ویژگی نهایی محصول و نرم یا سخت بودن آن بستگی دارد[10،1].
1-4-1. دی ایزوسیاناتها
ایزوسیاناتهای ارگانیک قابل‌استفاده معمولاً شامل آلیفاتیک، سیکلوآلیفاتیک، آروماتیک و هتروسیکلیک پلی ایزوسیانات‌ها میباشند. انواع مختلفی از ایزوسیاناتهای قابل استفاده در شکل (1-2) آورده شده است[12،8]
شکل(1-2): ساختار ایزوسیاناتهای مهم[8]
اولین سنتز برای تولید ایزوسیانات توسط ورتز در سال 1848 انجام گرفت. بعد از آن روش‌های هافمن4، کورتیاس5 و لوسن6 توسعه پیدا کردند که بر اساس واکنش فسژن – آمین میباشند. بدین ترتیب که مطابق طرح (1-3) در اثر واکنش میان آمین و فسژن در یک حلال بیاثر در دماهای بین 25- تا oC100 به دست میآیند[12،1].

طرح (1-3): واکنش میان آمین و فسژن[1]

ایزوسیاناتها میتوانند با ترکیبات حاوی گروه هیدروکسیل، آمین و اوره واکنش دهند که برخی از این واکنشها در شکل (1-3) آورده شده است.
شکل(1-3): برخی از واکنشهای ایزوسیاناتها[8]
1-4-2. پلیالها
پلیالها، معمولاً به‌صورت مایع، دارای دو گروه هیدروکسیلی در ساختار مولکولی خود می‌باشند. طیف وسیعی از پلیالها تاکنون شناخته‌شده‌اند که عمدهی آنها در دو گروه پایهی هیدروکسیلی و پایهی آمینی می‌باشند[8].
میتوان پلی‌ال‌ها را به دو گروه پلیاستر و پلیاتر، نیز تقسیم کرد. پلیالها یا میکروگلایکولها تأثیر زیادی در ویژگیهای نهایی پلییورتان دارند. در ساختار اصلی پلییورتانها، پیوندهای اصلی پلیمر درواقع در ساختار پلیالها میباشند. به‌طورکلی، اگر پلیال، استری باشد پلییورتان را استری و اگر پلیال، اتری باشد، پلییورتان را اتری مینامند. پلیالهای