پلی پورتان pu

پلي يورتان چيست ؟

بر اساس تعريف صورت گرفته توسط اتحاديه صنعت پلي يورتان (API (Alliance for the Polyurethanes Industry
هنگامي كه پلي ال با دي ايزوسيانات يا پليمريك ايزوسيانات در حضور كاتاليست يا افزودني مناسب واكنش دهند ، پلي يورتان ها تشكيل ميشوند . محصولات پلي يورتان مواد ترموست هستند به اين معنا كه آنها نمي توانند دائماً مانند ترمو پلاستيك ها ذوب شوند و به محصول جديد تغيير شكل پيدا كنند .

توليد پلي يورتان شامل واكنش شيميايي مي باشد كه در طي آن پلي ال ، ايزوسيانات و افزودني ها در مقادير مناسب تحت شرايط ويژه با هم مخلوط مي شوند تا محصولي مناسب با كاربرد در نظر گرفته شده حاصل گردد . بسياري از اين اجزا قبل از اينكه با هم تركيب شوند و واكنش نشان دهند به شكل مايع هستند .

اكثر محصولات پلي يورتان مانند فوم هاي پلي يورتان از تركيب دو نوع ماده يعني ايزوسيانات و پلي ال تشكيل ميشوند. اين دو ماده مجزا براي ساختن پلي مر پلي اورتان با هم تركيب ميگردند. ايزوسياناتها معمولا به عنوان جزء A و پلي ال ها جزء B ناميده ميشوند . دو جزء A و B با هم يك سيستم پلي يورتان را ميسازند كه اين سيستم از اجزاي اصلي مورد نياز براي توليد يك پلي يورتان ميباشد .

شيمي پلي اورتان چگونه اختراع شد ؟
اصول اوليه شيمي پلي يورتان در سال 1937 در آزمايشگاه هاي تحقيقاتي شركت باير توسط دكتر اوتو باير( Dr.Otto Bayer )كه در حال انجام تحقيقات در ساختمان مركزي تحقيقات باير لوركوزن آلمان بود ، اختراع شد و شيمي پلي يورتان هنگامي كه او به دنبال تحقيق بر روي پليمر ديگري بود ، كشف شد . او در طي سالهاي بعد رئيس تحقيقات باير شد . با گذشت سال ها شيمي پلي يورتان به يكي از هيجان انگيز ترين شاخه هاي شيمي پليمر تبديل شد كه كمك زيادي به ساختن بسياري از محصولات روزمره زندگي كرده است : از مبلمان و كوسن گرفته تا عايق هاي ساختماني ، عايق لوازم خانگي ، الاستومرهاي با دوام در بخشهاي صنعتي و غيره كه از جمله موارد كاربرد پلي يورتان ميباشند.
نوآوري در اين صنعت كماكان ادامه دارد و دنياي صنعت همواره شاهد محصولاتي جديد با كاربري هاي نو از خانواده پلي يورتان ها مي باشد .


 

پلی یورتانها ترکیباتی هستند که در ساختار آنها پیوند یورتانی وجود دارد.پلی یورتان(PU) نام عمومی پلیمرهایی است که دارای پیوند یورتانی می باشند. پیوند یورتانی از طریق واکنش افزایشی بین یک گروه ایزوسیانات و یک ترکیب دارای هیدروژن فعال مثل گروه هیدروکسیل تشکیل شده است.گروه های ایزوسیانات به شدت واکنش پذیر بوده و به همین علت پیشرفت واکنش آنها نیاز به افزایش دما ندارد.(واکنش در دمای محیط صورت می گیرد) مهمترین ویژگی این گروه از پلیمرها این است که پس از واکنش ساخناری پایدار بوجود می آید.
خلاصه اینکه، پلی یورتان در اشکال مختلف مانند: فرآورده های فوم، فیلم، الاستومرها، پودرها، مایعات و امولوسیون ها قابل تولید هستند.
ترکیباتی که دارای گروه ایزوسیانات هستند عبارتند از:
2و4 یا 2و6 تولوئن دی ایزوسیانات
4و4 یا 2و4 دی فنیل متان دی ایزوسیانات
1و6 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 می نامند و بطور معمول از گونه های زیر استفاده می شود:
پلی اتر پلی ال
پلی استر پلی ال
پلی کربنات پلی ال
پلی کاپرولاکتون پلی ال
به علاوه، به جای گروههای هیدروکسیل، ترکیباتی مثل اسیدهای کربوکسیلیک و آمینها، که دارای هیدروژن فعال هستند نیز می توانند در ترکیب با ایزوسیاناتها مورد استفاده قرار گیرند.
به همین دلیل، زمانیکه صحبت از پلی یورتانها می شود، می توان گفت که گونه های بیشماری از آنها وجود دارد.
با توجه به آنچه گفته شد می توان نتیجه گرفت، پلی یورتانها در موارد گوناگونی مانند: فومهای نرم، فومهای سخت، الاستومرها، چسبها، روکش ها و پایه های رنگی بکارگرفته می شوند.
پلی اورتان یك پلیمر ترموست Thermoset میباشد كه از تركیب متیلن دی ایزوسانات با پلی اول ها و برخی افزودنی های شیمیای دیگر پدید می آید.

با انتخاب این افزودنی ها و تغییر شرایط شیمیایی و فیزیكی فرایند واكنش، میتوان خواص گوناگونی را برای كاربردهای متنوعی به وجود آورد.

همین ویژگی پلی اورتان باعث گسترش كاربرد آن در بخشهای مختلف زندگی شده است. این پلیمر به دلیل hygienic بودن به فرم الستومر در ساخت روكشهای مخازن، نقاله ها و بسته بندی در صنایع غذایی و دارویی، ساخت دستكشها، پوششها و سایر تجهیزات جراحی و اتاق عمل، قلب و سایر اعضای مصنوعی و... كاربردهای فراوانی دارد. همچنین شكل اسفنجی آن در تولید مبلمان ، تخت خواب، موكت و كفپوش و ... به صورت گسترده استفاده می شود.. در صنایع اتومبیل نیز از فوم نرم (flexible foam) و فوم اینگرال (Integral skin foam) در ساخت قطعات تریم داخلی خودرو نظیر صندلی ها، قربیلك فرمان، دستگیره ها و ... و به صورت structural foam در ساخت قطعاتی نظیر سپر خودرو استفاده می شود.

امروزه رنگها و پوششهای ضد خوردگی پلی اورتان نیز با توجه به عمر و دوام بسیار بالای آنها گسترش بسیاری یافته اند.

فرم دیگری از این مواد كه به فوم سخت(Rigid foam) مشهور میباشد در صنایع تبرید و ساختمان به عنوان عایق حرارتی به صورت وسیع مورد مصرف قرار میگیرد كه اختصاراً به آن PUR rigid foam اطلاق میشود.

این عایق از بدو اختراع، با توجه به اینكه بهترین ماده آلی عایق شناخته شده میباشد به صورت ویژه مورد توجه صنعت ساختمان قرار گرفت و پیشرفتهای بسیاری نیز در راستای بهبود خواص آن تا كنون صورت پذیرفته است.

2- ساندویچ پانل:

برای عایقكاری حرارتی ساختمان به صورت كلی از گروه عایقهای معدنی نظیر پوكه، پشم سنگ، پشم شیشه و... و یا گروه عایق های آلی نظیر انواع فوم های پلی استایرن، نئوپرن، پلی اتیلن و پلی اورتان استفاده میشود. عایق های آلی در سنوات اخیر به دلایل مختلفی نظیر سهولت تولید و مصرف انرژی كم در فرایند تولید، قیمت ارزان، وزن كم، عملكرد بهتر، و عمر طولانی ، عدم جذب آب و عدم لانه گزینی حشرات و حیوانات موزی به تدریج جایگزین عایق های معدنی شده اند.

در میان عایقهای آلی نیز فوم های پلی اورتان (دو دسته پلی اورتان پایه پلی استر و پلی اورتان پایه پلی اتر) با توجه به خواص آنها گسترش فوق العاده ای یافته اند كه آمارهای افزایشی اعلام شده از سوی تولید كنندگان اصلی مواد اولیه این پلیمر یعنی BASF,DOW,BAYER,NIPPON و HUNTSMAN مؤید این مطلب میباشد.

از جمله ویژگیهای این ماده عبارتند از:

بالاترین ضریب مقاومت رسانایی گرمایی در میان عایق های آلی و معدنی (برای مثال عملكرد 2 سانتی متر پلی اورتان معادل 3.6 سانتیمتر پلی استایرن میباشد)

عدم جذب آب و رطوبت

عدم لانه گزینی حشرات (این خصیصه در مورد پلی استایرن برعكس بوده وحشراتی نظیر سوسك خانگی علاقه مند به ایجاد حفره و تخمگذاری در پلی استایرن میشوند)

قیمت مناسب

Hygenic بودن و عدم بروز حساسیتهای پوستی و یا سایر مضرات مواد شیمیایی به لحاظ عدم انتشار مواد مضر به ویژه هنگامی كه به صورت ساندویج پانل (دارای دو رویه فلزی) استفاده میگردد.

كاهش بار مرده ساختمان

به منظور افزایش كارایی فوم سخت جهت كابری آسان و ایمن در ساختمان اغلب این محصول به صررت ساندویچ پانل آماده سازی میگردد. در این روش با افزودن دو لایه رویه اغلب فلزی به دو طرف یك پانل پلی اورتان خواص مكانیكی، دوام، ایمنی و زیبایی این محصول افزایش یافته و با توجه به نصب آسان ، عمر طولانی و كاهش قابل توجه تبادل حرارتی ساختمان به یكی از مصالح مورد علاقه سازندگان ساختمان تبدیل میگردد.
3- ایمنی:
مطالعات بسیاری در خصوص ایمنی این محصول چه مواد اولیه آن (به منظور اطمینان از سلامت كارگران و كاركنان در معرض مواد اولیه پلی اورتان یعنی متیلن دی ایزوسیانات و پلی اول ها) چه محصولات تولیدی از پلی اورتان (به منظور اطمینان از سلامت افراد در معرض تماس مستقیم با این محصولات) و چه خطرات ناشی از حوادث نظیر آتش سوزی صورت پذیرفته است.

مواد اولیه: توصیه شده است تماس با مواد اولیه این محصول با دستكش و عینك ایمنی صورت پذیرد. علیهذا درجه سمی بودن آنها در حدی نیست كه خطرات جدی برای كارگران مرتبط پدید آورد. با توجه به نا محلول بودن دی ایزوسیاناتها در آب نیز ورود آنها به آبهای زیر زمینی و منابع آب و غذا بسیار ناچیز بوده و این مواد از این نقطه نظر ایمن میباشند. برخی تشابهات اسمی این ماده با مواد شیمیایی مظر دیگر نیز باعث حساسیت افكار عمومی نسبت به آن شده كه به شرح ذیل میباشد.

دی ایزو سیانات ارتباطی با سیانید ها نداشته و در تولید آنها به هیچ وجهی از سیانید ها استفاده نمیشود. پایه دی ایزوسیانات از پلی استر و یا پلی اتر میباشد. پس از تركیب با پلی اولها و به وجود آمدن پلی اورتان نیز مانند بسیاری تركیبات آلی دیگر نظیر چوب و الیاف طبیعی كه دارای نیتروژن در ساختار خود هستند ، سیانید آزاد نمیكنند.

دی ایزوسیانات ارتباطی با متیل ایزوسیانات كه دارای بخارات سمی است ندارد و امكان تبدیل آن به این ماده نیز در شرایط طبیعی وجود ندارد.

دی ایزوسیانات همچنین ارتباطی با ایزو تیو سیانات نیز ندارد.

پلی اورتان ارتباطی با پلیمر یورتان (اتیل كاربامیت) ندارد.

محصولات تولیدی: ایمنی محصولات تولیدی پلی اورتان در حدی است كه برای برخی كاربردهای پزشكی و صنایع غذایی تقریباً هیچ جایگزینی برای آن وجود ندارد و سایر محصولات پلیمری و حتی طبیعی از این جهت پس از پلی اورتان قرار میگیرند. استفاده از پلی اورتان در مبلمان و تخت خواب، یخچال، اسباب بازی كودكان و... و عدم ایجاد حتی ساده ترین حساسیتهای پوستی مؤید این نكته است.
در ارتباط با فوم های پلی اورتان تنها مورد مطرح، استفاده از گاز فریون 11 به عنوان ماده فوم زا بوده است كه با توجه به آسیب لایه ازن در اثر استفاده از آن، این ماده در سنوات گذشته حذف شده و هم اكنون در تولید ساندویچ پانل از R141b ، سیكلو پنتان ، آب و یا برخی مواد كم ضررتر دیگر استفاده میشود.

آتش سوزی: با توجه به پایه آلی این عایق بدیهی است این ماده نیز همچون سایر پلیمرها قابلیت سوختن دارد. البته این خصیصه نافی سایر خواص مثبت این ماده نشده است و كماكان به مدد نو آوری های صورت پذیرفته در زمینه كاهش خطرات آن در زمان آتش سوزی به صورت وسیع از آن استفاده میشود.

این نو آوری ها شامل معرفی برخی افزودنی های شیمیایی و معدنی سركوب كننده آتش موسوم به Fire retardant ها و همچنین معرفی خانواده جدید فومهای سخت دیرسوز موسوم به Polyisocyanurate (پلی آیزوساینوریت) كه اختصاراً PIR نامیده میشود شده است. البته فومهای كاملاً نسوز نظیر Phenolic foam نیز به بازار آمده است كه مناسب كاربردهای نظامی و امنیتی است.

استانداردهای ایمنی ساختمان در امریكا و اروپا نظیر ASTM C1289 ، CAN/ULC-S704 ، DIN EN 13823 و استاندارد جدید DIN EN 14509 استفاده از پلی اورتان و پلی آیزوساینوریت را به صورت ساندویچ پانل برای فضاهای مختلف صنعتی، تجاری ، عمومی و مسكونی دسته بندی نموده و با رعایت نكات مندرج در این استانداردها، امكان استفاده از ساندویچ پانل برای عایق كاری سطوح خارجی این فضاها مجاز شمرده شده است.

مهمترین ویژگیهای ساندویچ پانل پلی اورتان و به ویژه پلی آیزوساینوریت در مواجه با آتش عبارتند از:

PIR استانداردهای B2 و B1 را برای خطر آتش سوزی میگذراند.

PIR پس از تماس با شعله مستقیم با تأخیر بسیاری مشتعل میگردد در حالیكه EPS یا سایر عایق های آلی بسیار زودتر

PIR پس از اشتعال، با كنار بردن شعله مستقیم بلافاصله خاموش میگردد و نتیجتاً باعث گسترش آتش نمیگردد.

PIR در هنگام سوختن ایجاد قطره شعله ور و یا ذرات شعله ور ننموده و باعث گسترش آتش نمیگردد.

دمای اولیه مورد نیاز برای شعله ور شدن PIR بالاتر از PUR میباشد

دود و گازهای آلاینده حاصل از سaوختن PIR كمتر از PUR و EPS و سایر لوازم منزل نظیر مبلمان ، تخت خواب و الیاف مصرفی در فرش و .. كه در آنها گاهی از تركیبات آمین دار می شود است.

وجود لایه های فلزی در دو طرف پانل مانع از تماس مستقیم شعله با PIR و همچنین مانع رسیدن اكسیژن به PIR و نتیجتاً تأخیر در آتش گرفتن آن مینماید.

آیین نامه های طراحی ایمن ساختمانها نیز جهت كاهش مضاعف خطر، تدابیری را در جهت دوری منابع احتمالی آتش از این محصولات توصیه مینمایند.