فوم پلی اورتان چیست و کاربردهای این محصول کدامند؟ نزدیک به 100 سال پیش محصولی به نام پلی اورتان (پلی یورتان) برای اولین بار کشف شد و به سرعت در زمینه های مختلف صنعتی مورد استفاده قرار گرفت. در این مطلب به معرفی فوم پلی اورتان و کاربردهای آن به خصوص در تولید انواع ساندویچ پانل میپردازیم.
فوم پلی اورتان چیست؟
پلی اورتان یکی از اعضای خانواده فومهای پلیمری است. این فومها دارای ویژگیهای منحصر به فردی هستند که با ترکیب کارکرد بالا و قیمت مناسب توانستند با سرعت فوق العاده ای تجاری سازی شوند و در سرتاسر جهان مورد استفاده قرار بگیرند. اولین فوم پلیمری، پلی استایرن بود که پلیمر مصنوعی آروماتیک منومر استایرن است و در سال 1931 ساخته شد. این فوم در ایران با نام یونولیت شناخته میشود. پلی استایرن مشهورترین و پرکاربردترین فوم پلیمری است که در صنایع مختلف مانند ساختمان سازی، بسته بندی و… نقش مهمی دارد. (پلی استایرن ویکی پدیا)
در سال 1937 گروهی از دانشمندان آلمانی به رهبری اوتو بایر (Otto Bayer) با ترکیب ایزوسیانات و یک ترکیب دارای هیدروژن فعال توانستند فوم جدیدی خلق کنند که به نام پلی اورتان شناخته میشود. پیوند اورتانی از طریق واکنش افزایشی بین یک گروه ایزوسیانات و یک ترکیب هیدروژنی مثل گروه هیدروکسیل تشکیل شده‌است. گروه‌های ایزوسیانات به شدت واکنش پذیر بوده و به همین علت پیشرفت واکنش آنها نیاز به افزایش دمای بالا ندارد و واکنش در دمای محیط صورت می‌گیرد.
مهمترین ویژگی این گروه از پلیمرها این است که پس از واکنش ساختاری پایدار منعطف به وجود می‌آید. پلی‌اورتان در اشکال مختلف مانند فراورده‌های فوم، فیلم، الاستومرها، پودرها، مایعات و امولسیون‌ها قابل تولید است. (ویکی پدیا پلی اورتان) شرکت بایر آلمان تا به امروز یکی از پیشگامان تولید فوم پلی اورتان در جهان است و به افتخار رهبر گروه کاشف این فوم با نام تجاری بایر مشغول به فعالیت است.
مهمترین خواص و ویژگیهای اصلی پلی اورتان عبارتند از:
- چسبندگی فوق‌العاده بالا با انواع سطوح
- مقاومت بالا در برابر عوامل خورنده محیطی و جوی
- حفظ قابلیت انعطاف در دامنه وسیع دمایی
- در درزهای عمودی شره نمی‌کند
- غیر سمی و داری تاییدیه مصرف در مجاورت آب آشامیدنی
ویژگیهای فنی فوم پلی اورتان
فوم پلی اورتان دارای خواص فیزیکی و شیمیایی منحصر به فردی است که آن را به گزینه‌ای ایده‌آل برای استفاده در ساندویچ پانل‌ها تبدیل می‌کند. این فوم دارای ضریب انتقال حرارت بسیار پایینی است، به‌طوری که میتواند به عنوان عایق حرارتی مؤثری عمل کند. همچنین، فوم پلی اورتان مقاوم در برابر رطوبت است و از این رو کاربرد آن در محیط‌های مرطوب بسیار مناسب می‌باشد. در جدول زیر مقایسه ضریب انتقال انرژی در فوم پلی اورتان با سایر مصالح ساختمانی مقایسه شده است.
| ردیف | نوع فوم | ضریب انتقال انرژی (j/mk) |
| 1 | آجر سنتی | 0.49 – 0.87 |
| 2 | بلوک بتونی | 0.35 – 0.79 |
| 3 | یونولیت | 0.03 – 0.05 |
| 4 | XPS پلی استایرن اکسترود شده | 0.2 – 0.03 |
| 5 | پلی اورتان | 0.02 – 0.025 |
چگونگی ساخت ترکیبات پلی اورتان
پلی اورتان معمولاً از ترکیب ایزوسیانات و ایزوسیانورات با پلی ال ها به وجود می آید. ترکیباتی که دارای گروه ایزوسیانات هستند عبارتند از ۲و۴ یا ۲و۶ تولوئن دی ایزوسیانات، ۴و۴ یا ۲و۴ دی فنیل متان دی ایزوسیانات و ۱و۶ هگزا متیلن دی ایزوسیانات.
علاوه بر موارد ذکر شده، ترکیبات ایزوسیاناتی دیگری نیز وجود دارند. ترکیباتی که دارای دو گروه هیدروکسیل (OH) یا بیشتر باشند را پلی اُل می‌نامند و به‌طور معمول از گونه‌های پلی اتر پلی ال، پلی استر پلی ال، پلی کربنات پلی ال و پلی کاپرولاکتون پلی ال استفاده میشود. به علاوه، به جای گروه‌های هیدروکسیل، ترکیباتی مثل اسیدهای کربوکسیلیک و آمین‌ها که دارای هیدروژن فعال هستند نیز می‌توانند در ترکیب با ایزوسیاناتها مورد استفاده قرار گیرند.
در اواخر سال ۱۹۸۰ تعدادی از دانشمندان شیمی، ساختار و مورفولوژی سطح پلی‌اورتان‌ها را مورد بررسی قرار دادند و به تدریج روش‌های جدید پوشش دهی سطح به همراه پیوندهای مواد دیگر به سطح پلی‌اورتان‌ها، با هدف بهبود سازگاری با سلامت انسان ابداع شد. الاستومرهای پلی‌اورتانی، خانواده‌ای از کوپلیمرهای توده‌ای بخش شده‌است که کاربردهای مهمی در زمینه‌های گوناگون صنعتی و پزشکی پیدا کرده‌است.
اولین پلی‌اورتان، از واکنش دی ایزوسیانات آلیفاتیک با دی آمین به دست آمد. اتو بایر و همکارانش اولین بار این پلی‌اورتان را معرفی نمودند که به شدت آب دوست بود و بنابراین به عنوان پلاستیک یا فیبر نمی‌توانست مورد استفاده قرار گیرد. واکنش بین دی ایزوسیانات‌های آلیفاتیک و گلیکول‌ها منجر به تولید پلی‌اورتانی با خصوصیات پلاستیکی و فیبری گردید. به دنبال آن، با استفاده از دی ایزوسیانات آروماتیک و گلیکول‌های با وزن مولکولی بسیار بالا، پلی‌اورتانی به دست آمد که خانواده مهمی از الاستومرهای ترموپلاستیک به‌شمار می‌رود.
خواص اورتان‌ها از مواد ترموست بسیار سخت تا الاستومرهای نرم تغییر می‌کند. از پلی‌اورتان‌های ترموپلاستیک، در ساخت وسایل قابل کاشت بسیار مهمی استفاده میشود، چرا که دارای خواص مکانیکی خوب نظیر استحکام کششی، چقرمگی، مقاومت به سایش و مقاومت به تخریب شدن، به علاوه زیست سازگاری خوب می‌باشند که آنها را در گروه مواد مناسب جهت کاربردهای پزشکی قرار می‌دهد.
همچنین در چند سال اخیر فناوری پوشش‌های پلی اوره در حال گسترش بوده است. از مزایای اصلی این نوع پوشش‌ها سخت شدن بسیار سریع آنهاست که نتیجه آن، دسترسی به یک فناوری پرشتاب است. در سامانه‌های پلی اوره بر پایه هگزامتیلن دی ایزوسیانات (TMXDI) پوشش پاشیده شده روی بلوک یخ در عرض ۲۰ ثانیه سخت می‌شوند و محصول آماده استفاده میگردد. از این محصول در پوشش دهی خطوط انتقال گاز استفاده میشود.
کاربرد پلی اورتان
پلی‌اورتان‌ها در صنایع مختلف و به شکل‌های گوناگونی از جمله فومهای نرم، فومهای سخت، الاستومرها، ترموپلاستیک الاستومرها، رزین، رنگ، عایق و چسب در دنیا کاربرد دارند. این محصول در تولید ساندویچ پانل، یخچال، انواع اسباب بازی، سالن داخلی قطار و کشتی و خودرو، ساختمان سازی، صنایع شیمیایی و حتی به عنوان اندام مصنوعی در مهندسی پزشکی کاربرد دارد. ماستیک پلی اورتان و سیلیکون با توجه به خواص شیمیایی و مکانیکی خود دارای کاربردها مختلفی می‌باشند.
در کانال‌ها و مخازن آب و فاضلاب، کف‌سازی سالن‌ها، پیاده‌روها، درز قطعات پیش‌ساخته و کلیه درزهایی که باید در برابر نفوذ آب و دیگر مایعات محافظت گردد و همچنین برای ساخت زیره کفش استفاده میشود. عایق پاششی و تزریقی از جنس پلی اورتان محصولی قابل اعتماد و پرتقاضا در ساختمان سازی محصوب میشود.
همچنین رنگ پلی‌اورتان یکی از پیشرفته‌ترین و مقاوم‌ترین پوشش‌های شیمیایی است که در صنایع مختلف استفاده میشود. این رنگ بر پایه ترکیبات پلی‌اورتان ساخته شده و ویژگیهای منحصر به فردی دارد که آن را از سایر رنگ‌ها متمایز می‌کند. مقاومت بالا در برابر سایش، خش، رطوبت و مواد شیمیایی از جمله دلایلی است که رنگ‌های پلی‌اورتان به‌عنوان یک راهکار ایده‌آل در پروژه‌های صنعتی و تجاری به‌کار گرفته می‌شوند.
با استفاده از پلی اترها به عنوان پلی ال، در سنتز پلی‌اورتان می‌توان اندام‌های کاشتنی طولانی مدت تهیه نمود، که در قلب مصنوعی، کلیه مصنوعی، ریه مصنوعی، هموپرفیوژن، لوزالمعده مصنوعی، فیلترهای خونی، کاتترها، عروق مصنوعی، بای پس سرخرگ‌ها یا سیاهرگ‌ها، دندان و لثه، بیماری‌های ادراری، ترمیم زخم، رساندن یا خارج کردن مایعات، نمایش فشار عروق، آنژیوپلاستی، مسدود کردن عروق، جراحی عروق آئورت و کرونری، دریچه‌های قلب سه لتی و دولتی کاربرد دارند.
از مهمترین و وسیعترین کاربری‌های فوم پلی اورتان، استفاده از آن به عنوان عایق و پوشش محافظ در ساختمان سازی می‌باشد. کف پوش‌های پلی یورتان دارای مقاومت‌های مکانیکی بالا و انعطاف‌پذیری مناسب در برابر تنش‌های محیطی بوده به همین دلیل احتمال بروز ترک خوردگی در کف پوش پولی یورتان بسیار کم می‌باشد. در کشور ما نیز پلی اورتان به عنوان عایق میانی در صنعت لوازم خانگی و تولید ساندویچ پانل سقفی و دیواری و سردخانه استفاده میشود. در این بخش جلوگیری از انتقال حرارت و بهینه سازی مصرف انرژی در سازه اهمیت بالایی دارد و پلی اورتان به عنوان قوی ترین فوم در برابر انتقال حرارت، جایگاه ویژه ای در ساخت و ساز صنعتی و مسکونی یافته است.
ابزار پیش‌ساخته دکوراتیو پلی اورتان و پلی استایرن با دانسیته بالا در انواع ابزار گلویی، نور مخفی، پروفیل‌های قاب، قرنیز، قاب‌های پیرامونی در و پنجره، طاقچه‌ها، گل‌ها و گنبدهای زیبای سقفی، ستون و سرستون. جهت ایجاد طرح‌ها و جلوه‌های زیبا و طبیعی در سبک‌های معماری مدرن برای معماران و سازندگان. ابزارهای پلی اورتان و پلی استایرن جایگزین مناسبی برای گچ بری سنتی با وزن بسیار سبک و صرفه اقتصادی و سرعت نصب بالا هستند.
فوم پلی اورتان در ساندویچ پانل
ساندویچ پانل از دو لایه ورق فلزی و یک لایه عایق میانی تشکیل میشود. این عایق از جنس پشم شیشه، پشم سنگ یا پلی اورتان است. به مرور زمان استفاده از فوم پلی اورتان به علت مقاومت در برابر مضرات محیطی و بی خطر بودن برای سلامت انسانی، تبدیل به گزینه رایجتری در میان سایر گزینه ها شد. فوم پلی اورتان از واکنش دو ماده اصلی، یعنی ایزوسیانات و پلی ال، تولید میشود. این واکنش شیمیایی به تولید فوم منجر میشود که میتواند در ساخت ساندویچ پانل‌ها استفاده گردد.
ایزوسیاناتها اغلب بر پایه دیفنیل متان دی ایزوسیانات (MDI) یا تولوییند ایزوسیانات (TDI) هستند. در حین فرایند تولید، گازهای گوناگونی مانند دی‌اکسیدکربن نیز تولید می‌شوند که به ایجاد ساختار فوم کمک می‌کنند. ابتدا ایزوسیانات و پلی ال با هم ترکیب می‌شوند و سپس مواد افزودنی دیگر نظیر کاتالیزورها و فوم کننده‌ها به این ترکیب اضافه می‌شوند. این فرآیند در محفظه‌های خودکار و تحت شرایط کنترل شده انجام میشود. بعد از این ترکیب، واکنش شیمیایی آغاز شده و فوم درون قالب ساندویچ پانل گسترش می‌یابد. این فوم ویژگیهای عایق حرارتی و ساختاری را به ساندویچ پانل می‌دهد و وزن کلی سازه را کاهش می‌دهد.
استفاده از فوم پلی اورتان در ساندویچ پانل‌ها مزایای متعددی دارد. یکی از این مزایا، کاهش وزن کل سازه است که به راحتی نصب و حمل و نقل کمک می‌کند. علاوه بر این، ساندویچ پانل‌های حاوی فوم پلی اورتان معمولاً دارای مقاومت بالایی هستند که باعث میشود در برابر فشار و ضربه مقاوم‌تر عمل کنند.
به‌طور کلی، فوم پلی اورتان با توانمند کردن ساندویچ پانل‌ها به داشتن عایق حرارتی برتر و ساختار مقاوم، نقش حیاتی در صنعت ساختمان ایفا می‌کند. با توجه به نیاز روزافزون به عایق‌های حرارتی از یک سو و ضرورت حفظ محیط زیست از سوی دیگر، استفاده از فوم پلی اورتان در تولید ساندویچ پانل‌ها روز به روز در حال گسترش است. این مواد به ایجاد سازه‌های پایدار و انرژی‌کارآمد کمک می‌کنند و به همین دلیل، آینده‌ای روشن در این حوزه دارند.
کبیر پانل ساندویچ پانل سقفی، دیواری و سردخانه خود را با دو نوع فوم پلی اورتان PIR و PUR تولید میشود. فوم PIR مقاومت بالاتری در برابر آتش سوزی دارد و در آزمایشات تخصصی و تست آتش کلاس B2 را به ثبت رسانده است. در مقابل فوم PUR ساختار با ثبات تری دارد و تغییرات کمتری در طول زمان متوجه این فوم میگردد. برای اطلاعات بیشتر در خصوص ویژگیهای فنی این محصولات به کاتالوگ
سلامتی و ایمنی
پلیمر پلی اورتان پس از اتمام واکنش از نظر شیمیایی بی اقر و از نظر پزشکی کاملاً بی خطر است. هیچ محدودیتی برای قرار گرفتن در معرض پلی اورتان در ایالات متحده توسط OSHA (اداره ایمنی و بهداشت کار) یا ACGIH (کنفرانس آمریکایی بهداشت کارگران صنعتی) تعیین نشده‌است. مواد پلیمری پلی اورتان قابل احتراق است و در اثر قرار گرفتن در معرض شعله مستقیم، مشتعل میشود.
پس از تجزیه در هنگام آتش‌سوزی، پلی اورتان میتواند علاوه بر اکسیدهای ازت، ایزوسیاناتها و سایر محصولات سمی مقادیر قابل توجهی از مونوکسید کربن و هیدروژن سیانید تولید کند. به دلیل اشتعال پذیری مواد، باید با استفاده از بازدارنده‌های شعله (عایق)، (حداقل در مورد وسایل منزل) این مشکل را برطرف کرد، که تقریباً همه آنها مضر تلقی می‌شوند. در ترکیب ایزوسیانورات و پلی ال نوعی از پلی اورتان تشکیل میگردد که مقاومت نسبی در مقابل اشتعا زایی دارد و به این نوع از فوم، کندسوز گفته میشود.
ناگفته نماند مخلوط‌های رزین مایع و ایزوسیاناتها ممکن است حاوی اجزای بیرونی مضر باشد. ایزوسیاناتها حساس کننده‌های پوستی و تنفسی شناخته شده‌اند. علاوه براین، آمین‌ها، گلیکول‌ها و فسفات موجود در کف‌های پلی اورتان اسپری خطرات زیادی را به همراه دارند. قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی که ممکن است در طول یا بعد از استفاده از پاشش فوم پلی اورتان (مانند ایزوسیاناتها) ساطع شود برای سلامتی انسان مضر است و به همین دلیل در طی و بعد از این فرایند احتیاط‌های ویژه ای لازم است.
نتیجه گیری
فوم پلی اورتان یکی از محصولات پلیمری پرکاربرد است که در یک قرن اخیر تحولی در زندگی بشر ایجاد کرده است. این محصول در صنعت ساختمان سازی اهمیت بسزایی دارد و رایجترین عایق در ساخت ساندویچ پانل محسوب میگردد.
با توجه به نیاز روزافزون به سازه های صنعتی و سردخانه ها پیش بینی میشود مصرف پلی اورتان در دهه های آینده افزایش یابد لذا شناخت دقیق این فوم میتواند به سرمایه گذاران و مهندسین عمران کمک کند در حوزه مدیریت انرژی و ساخت و ساز به صرفه بهتر عمل کنند. باروبام، عاملیت رسمی فروش محصولات کبیر پانل با ارائه مشاوره به مشتریان در خصوص انتخاب فوم مناسب، سعی در ارائه بهترین گزینه ممکن به مشتریان دارد. برای یافتن پاسخ سوالات خود در این خصوص میتوانید با مشاوران فروش باروبام تماس بگیرید.