پلی اورتان (Polyurethane) یکی از مواد پلیمری پر کاربرد است که در صنایع مختلف مانند تولید لوازم خانگی، خودروسازی، پوشش های صنعتی و مبلمان کاربرد دارد. این ماده به دلیل ویژگی های خاص خود مانند استحکام بالا، انعطاف پذیری، مقاومت در برابر سایش و عایق بودن در برابر حرارت و صدا، به عنوان یک انتخاب محبوب در بسیاری از صنایع شناخته می شود.
پلی اورتان کاربردهای متنوعی دارد؛ از عایق کاری ساختمان ها تا تولید قطعات خودرو و لوازم خانگی. توسعه های بیشتر در این زمینه می تواند منجر به بهبود ویژگی ها و کاربردهای آن در آینده شود.
پلی اورتان اولین بار در سال 1937 توسط شیمیدان آلمانی، اوتو بایر به طور تصادفی کشف شد. پس از آن، تحقیقات زیادی بر روی این ماده انجام شد و در دهه 1950، پلی اورتانهای مختلف برای کاربردهای صنعتی تولید شدند. این ماده به طور گسترده در تولید انواع عایق ها، لایه های پوششی، و کف پوش ها به کار گرفته شد.
ویژگی های پلی اورتان
- در برابر بسیاری از مواد شیمیایی نظیر روغن ها، حلال ها و مواد قلیایی مقاوم است.
- دارای خواص مکانیکی بالا از جمله استحکام کششی و فشاری است که آن را برای کاربردهایی مانند پوشش های صنعتی، چسب ها و فوم ها مناسب می سازد.
- می تواند انعطاف پذیر یا سخت باشد و برای تولید فوم های نرم تا قطعات مقاوم به فشار و ضربه استفاده می شود.
- فوم های پلی اورتان به طور گسترده ای در صنعت ساختمان و تجهیزات برودتی برای عایق سازی حرارتی و صوتی استفاده می شوند.
- در برابر سایش و فرسایش مقاومت خوبی دارد، به همین دلیل در ساخت پوشش های سطحی، لاستیک ها و قطعات خودرو مورد استفاده قرار می گیرد.
- پلی اورتان به خوبی به بسیاری از سطوح مختلف از جمله فلزات، چوب، شیشه و پلاستیک ها می چسبد، که آن را برای تولید چسب های صنعتی بسیار مناسب می سازد.
- به طور طبیعی در برابر آب مقاوم است که آن را برای کاربردهای مختلف در محیط های مرطوب یا آبی مانند پوشش های ضدآب و عایق های رطوبتی مناسب می کند.
- بسته به ترکیبات شیمیایی و شرایط فرآیند، پلی اورتان می تواند ویژگی هایی همچون سختی، انعطاف پذیری، مقاومت در برابر حرارت و غیره را تنظیم کند.
کاربردهای پلی اورتان
این ماده به دلیل ویژگی هایی مانند مقاومت بالا، انعطاف پذیری و توانایی تغییر خواص خود بسته به ترکیب و روش تولید، در صنایع مختلف کاربردهای گسترده ای دارد.
- مناسب برای استفاده در ساخت عایق های حرارتی و صوتی در ساختمان ها، یخچال ها، سردخانه صنعتی و وسایل الکتریکی است.
- پلی اورتان برای تولید فوم های نرم و سفت در صنایع مختلف استفاده می شود. این فوم ها به ویژه در تولید مبلمان، کف پوش ها، صندلی ها و همچنین به عنوان عایق در خودروها کاربرد دارند.
- محصولات بتنی، به ویژه دال بتنی، در سازه هایی مانند ساختمان ها، سردخانه ها یا مخازن ذخیره سازی استفاده می شوند که نیاز به عایق کاری دارند.
- در پروژه هایی مانند ساخت مخازن ذخیره سازی آب، سپتیک تانک یا سازه های مشابه که توسط شرکت ناب زیست تولید می شوند، استفاده از عایق های پلی اورتان باعث بهبود بهره وری انرژی می شود. این عایق ها می توانند به کاهش تبادل حرارتی در مخازن و سازه های بتنی کمک کنند.
- در تولید لایه های پوششی مقاوم به رطوبت، خوردگی و سایش برای سطوح مختلف مثل چوب، فلز و بتن استفاده می شود.
- در تولید چسب ها و درزگیرها برای اتصال و عایق بندی انواع مواد مانند چوب، فلز، پلاستیک و شیشه کاربرد دارد.
- در تولید کفش ها، به ویژه کفش های ورزشی و کتانی و همچنین در تولید پوشاک با خاصیت انعطاف پذیری و مقاومت به سایش به کار می رود.
- در تولید قطعات خودرو مانند ضربه گیرها، روکش صندلی ها، داشبوردها و سایر اجزای داخلی خودرو استفاده می شود.
- از پلی اورتان در تولید پوشش های ضدآب برای لباس ها، کفش ها و وسایل مختلف به ویژه در محیط های مرطوب و صنعتی استفاده می شود.
- برای تولید فوم های مبلمان، تشک ها و دیگر اثاثیه راحتی کاربرد دارد.
فرآیند تولید پلی اورتان
فرآیند تولید پلی اورتان معمولاً شامل ترکیب دو ماده اصلی است: ایزوسیانات ها و پلی الکول ها. این ترکیب، پلی اورتانهایی با خواص مختلف می تواند تولید کند که در صنایعی مانند خودروسازی، ساختمان، مبلمان، پوشش ها و عایق ها استفاده می شود. مراحل تولید پلی اورتان به شرح زیر است.
- انتخاب مواد اولیه: ایزوسیانات ها (مانند دی فنیل متان دی ایزوسیانات – MDI یا تولوئن دی ایزوسیانات – TDI) مواد شیمیایی هستند که گروه های ایزوسیانات (-NCO) دارند. پلی الکول ها معمولاً پلی اتیلن گلایکول، پلی پروپیلن گلایکول یا ترکیبات مشابه هستند که دارای گروه های هیدروکسیل (-OH) می باشند.
- اختلاط مواد: این مواد به دقت با نسبت های مشخص با یکدیگر ترکیب می شوند. هنگام ترکیب ایزوسیانات ها و پلی الکول ها، واکنش شیمیایی اتفاق می افتد که باعث تولید پلی اورتان می شود. به این واکنش، “پلیمریزاسیون” می گویند.
- کنترل شرایط واکنش: برای رسیدن به خواص مطلوب، شرایط دما و فشار باید دقیقاً کنترل شوند. این شرایط می تواند بسته به نوع پلی اورتان مورد نظر (سخت، نیمه سخت، یا نرم) متفاوت باشد.
- پلیمریزاسیون و تشکیل پلی اورتان: واکنش ایزوسیانات و پلی الکول منجر به تشکیل زنجیرهای پلیمری پلی اورتان می شود. این واکنش معمولاً با حضور کاتالیزورها یا کمک کننده های شیمیایی تسریع می شود.
- سخت شدن و شکل دهی: پس از پلیمریزاسیون، پلی اورتان تولید شده به صورت مایع یا فوم است. در این مرحله، ممکن است از افزودنی هایی مانند پایدارکننده ها، رنگ ها یا فیلرها برای تنظیم خواص فیزیکی و شیمیایی استفاده شود. در صورت نیاز، مواد پلی اورتان به شکل های مختلف (فوم، فیلم، یا قطعات جامد) قالب گیری یا شکل دهی می شوند.
- سرد شدن و تکمیل فرآیند: در نهایت، پلی اورتان به شکل نهایی خود رسیده و از دستگاه ها یا قالب ها خارج می شود. در این مرحله، محصول مورد نظر می تواند به بازار عرضه شود یا به عنوان ماده اولیه برای تولید محصولات دیگر استفاده گردد.
انواع پلی اورتان
انواع مختلف پلی اورتان‌ها بر اساس کاربرد، ویژگی ها و ساختار شیمیایی آن ها تقسیم بندی می شوند:
- پلی اورتان سخت که در محصولات سخت و مقاوم مانند فوم های عایق حرارتی و صوتی، صفحات فوم پلی یورتان و محصولات صنعتی استفاده می شود. آنها معمولاً از مواد اولیه ای ساخته می شوند که باعث ایجاد ساختار محکم و سخت می شوند.
- پلی اورتان نرم در تولید فوم های نرم و انعطاف پذیر، از جمله فوم های مبلمان، تشک ها، لوازم خواب و عایق های صوتی استفاده می شود و قابلیت کشسانی و انعطاف پذیری بالایی دارد.
- پلی اورتان ترموپلاستیک قابلیت ذوب شدن و تغییر شکل را تحت حرارت دارد. TPU در تولید محصولات مختلفی مانند پوشش کابل ها، تجهیزات ورزشی، لوازم پزشکی، تایرها و لایه های حفاظتی استفاده می شود.
- پلی اورتان ترموست پس از شکل گیری، تحت فرآیند حرارتی سخت می شود و دیگر قابل تغییر شکل نیست و در ساخت قطعات صنعتی و مقاوم در برابر حرارت استفاده می شود.
- پلی اورتان مقاوم به سایش در کاربردهایی که نیاز به مقاومت بالا در برابر سایش و خوردگی دارند، مانند پوشش های صنعتی، لاستیک های مقاوم به سایش، و قطعات مکانیکی استفاده می شود.
- پلی اورتان با خواص ضد آب به طور خاص در مواردی که نیاز به مقاومت در برابر آب و رطوبت دارند، مانند پوشش های مقاوم به آب و مواد عایق ضد رطوبت، کاربرد دارند.
- پلی اورتان به صورت چسب در صنایع مختلف به عنوان چسب های بسیار قوی برای اتصال مواد مختلف، از جمله چوب، فلز، پلاستیک و لاستیک استفاده می شوند.
نکات ایمنی هنگام استفاده از پلی اورتان
هنگام استفاده از این مواد، رعایت نکات ایمنی برای حفظ سلامت فردی و جلوگیری از خطرات ضروری است.
ابتدا باید از تجهیزات ایمنی فردی استفاده کنید. دستکش‌های مقاوم در برابر مواد شیمیایی، مانند دستکش نیتریل، برای جلوگیری از تماس مستقیم با مواد ضروری هستند. علاوه بر این، بخارات و ذراتی که در طول کار با پلی اورتان تولید می‌شوند، می‌توانند برای سیستم تنفسی مضر باشند؛ بنابراین، استفاده از ماسک فیلتردار با قابلیت جذب بخارات شیمیایی و همچنین عینک ایمنی برای محافظت از چشم‌ها در برابر پاشش مواد، لازم است. لباس محافظ نیز برای جلوگیری از تماس مستقیم مواد با پوست پیشنهاد می‌شود.
محیط کاری باید به خوبی تهویه شود. اگر در محیط‌های بسته کار می‌کنید، استفاده از سیستم‌های تهویه موضعی یا فن‌های قوی مانند اگزاست فن برای خروج بخارات بسیار مهم است. عدم تهویه مناسب می‌تواند خطرات تنفسی و تجمع بخارات خطرناک را افزایش دهد.
تماس مواد با پوست ممکن است حساسیت یا تحریک ایجاد کند، بنابراین باید در صورت تماس، پوست را فوراً با آب و صابون شست و شو دهید. اگر مواد وارد چشم شد، شست و شوی فوری با آب فراوان و مراجعه به پزشک ضروری است.
استنشاق بخارات به ویژه ایزوسیانات ها، می‌تواند منجر به مشکلات جدی تنفسی شود. در صورت مشاهده علائمی مانند سرفه، تنگی نفس یا خارش گلو، محیط کاری را ترک کرده و در هوای آزاد تنفس کنید. اگر علائم ادامه یافت، فوراً به پزشک مراجعه کنید.
برخی محصولات پلی اورتان، مانند اسپری‌ها، قابل اشتعال هستند و نباید در نزدیکی شعله باز یا منابع تولید گرما و جرقه استفاده شوند. همچنین، در حین کار از تجهیزاتی که ممکن است جرقه ایجاد کنند، اجتناب کنید.
این مواد پلیمری باید در محیط‌های خشک و خنک و به دور از تابش مستقیم نور خورشید نگهداری شوند. ظروف حاوی مواد باید کاملاً در بسته باشند تا از ورود رطوبت و هوا به داخل آنها جلوگیری شود. مواد شیمیایی دیگر نباید بدون آگاهی با پلی اورتان مخلوط شوند، زیرا ممکن است واکنش‌های خطرناکی ایجاد شود.
هنگام دفع ضایعات پلی اورتان، باید از رهاسازی آن ها در طبیعت یا فاضلاب خودداری کنید. این مواد باید طبق مقررات محلی مدیریت و دفع شوند تا از آسیب به محیط زیست جلوگیری شود.
از آنجا که ایزوسیانات ها ممکن است حساسیت زا باشند، بهتر است در صورت بروز علائمی مانند قرمزی یا خارش پوست و همچنین سرفه یا سایر مشکلات تنفسی، بلافاصله استفاده از مواد را متوقف کرده و با پزشک مشورت کنید.
آموزش صحیح افراد در مورد خطرات و روش‌های ایمن کار با پلی اورتان می‌تواند تأثیر قابل‌توجهی در پیشگیری از خطرات داشته باشد. همچنین، برای شرایط اضطراری مانند تماس مواد با پوست، چشم یا استنشاق بخارات، باید اقدامات لازم را از قبل بدانید و آماده اجرای آنها باشید.
قیمت پلی اورتان
این پارامتر تحت تأثیر عوامل مختلفی قرار می گیرد که در ادامه به آنها اشاره می شود:
- قیمت ایزوسیانات و پلی ال ها می تواند به شدت بر قیمت نهایی تأثیر بگذارد.
- کیفیت مواد اولیه تعیین کننده ویژگی هایی مثل دوام، انعطاف پذیری و خواص فیزیکی پلی اورتان است و بر قیمت تأثیر دارد.
- ترکیب شیمیایی و نوع فرمولاسیون (مثلاً فوم سخت یا نرم، پوشش دهنده یا چسب) بر قیمت اثر می گذارد.
- پلی اورتان می تواند به صورت فوم، الاستومر، چسب، پوشش دهنده یا رزین تولید شود که هر نوع کاربرد و قیمت خاص خود را دارد.
- پیچیدگی فرایند تولید، مصرف انرژی و فناوری های مورد استفاده در تعیین قیمت نهایی نقش دارند.
- قیمت ایزوسیانات و پلی ال ها که از مشتقات نفتی هستند، به شدت تحت تأثیر قیمت نفت خام قرار دارد.
- افزایش یا کاهش تقاضا در صنایع مختلف مثل خودروسازی، ساختمان سازی یا صنعت مبلمان می تواند قیمت را تغییر دهد.
- عواملی مثل تورم، نرخ ارز و تعرفه های واردات و صادرات بر قیمت تأثیرگذارند.
- هزینه های حمل و نقل مواد اولیه و محصول نهایی بر قیمت تأثیر می گذارد، به ویژه در واردات یا صادرات.
- محدودیت های زیست محیطی می تواند بر هزینه تولید و قیمت پلی اورتان اثرگذار باشد.
- استفاده از روش های تولید پیشرفته یا مواد اولیه جایگزین می تواند قیمت ها را کاهش یا افزایش دهد.
- تولید محصولات با خواص خاص یا برای کاربردهای ویژه معمولاً هزینه بیشتری دارد.
- تعداد تولیدکنندگان، میزان رقابت و برند بودن محصول نیز از عوامل تأثیرگذار هستند. برندهای معروف معمولاً قیمت بالاتری دارند.
