پلی اورتان چیست؟

در حال حاضر این محصول موجود نیست.

پلی اورتان یا پلی یورتان پلیمری شناخته شده است که در زندگی روزمره ی همه ی ما نقش عمده ای دارد . اگر اکنون بر روی صندلی نشسته اید باید بدانید که در این صندلی هم از فوم های پلی یورتان برای ساخت آن کمک گرفته شده است. اما خواص این ماده به فوم ها محدود نمی شود. در ادامه با ما همراه باشید تا با خواص و کاربرد های این ماده بیشتر آشنا شوید.

خواص و ویژگی ها

این ماده تنها عضو خانواده ی پلیمر ها است که خواص چند منظوره ای دارد. این مواد با داشتن خواصی مانند الاستومری، چسبندگی و… کاربرد های گوناگونی در صنایع مختلف دارند و از آن ها در تشک ها، عایق ها، پوشش ها، رنگ، الاستومر ها، اسباب بازی ها، الیاف مصنوعی و… استفاده می شود

 پلی اورتان را پلی یورتان نیز می نامند زیرا در ساختار اصلی آن پیوند های یورتان موجود می باشد.  ترکیب فوق را با علامت اختصاری PU و یا PUR نیز نشان می دهند

در شکل بالا نمونه ای ساده از ساختار محصول فوق نشان داده شده است اما پلی یورتان می تواند به هر پلیمری که در ساختار اصلی خود پیوند های یورتان داشته باشد اطلاق گردد.

سختی:

یکی از خواص مهم پلیمرها میزان سختی آن هاست . سختی معیاری است که میزان مقاومت پلیمر در برابر فرو رفتن یک جسم جامد در آن را بیان می کند. سختی پلی اورتان را می توان توسط معیار Durometer گزارش کرد که دارای دو دسته A و D است ، دسته A به اشاره دارد و دسته D سختترها را نشان می دهد. در شکل زیر سختی پلی یورتان را بر اساس معیار Durometer در کاربری های متفاوت می توان مشاهده کرد.

تولید:

PU از واکنش دی ایزوسیانات ها و دی ال به وجود می آید. برای این کار از دو مونومر دی ایزوسیانات و دی ال ( در اینجا دی اتیلن گلیکول ) کمک گرفته می شود.

از آنجایی که انواع مختلفی از ایزوسیانات ها و دی ال ها می توانند در این واکنش شرکت نمایند، PU های متنوعی با خواص گوناگون و کاربرد های متنوع می تواند ساخته می شود.

در بعضی از مواقع دی الکل با دی آمین جایگزین می شود و پلیمری که به دست می آید یک پلی اوره می شود.زیرا این پلیمر از پیوند های اوره تشکیل شده است نه پیوند های یورتان. با این وجود به این ترکیبات نیز پلی اورتان می گویند و با همین نام نیز به فروش می رسند

PU ها در برقراری پیوند های هیدروژنی توانایی بالایی دارند بنابراین می توانند بسیار کریستالی باشند و در ساخت کوپلیمر ها و لاستیک های نرم مورد استفاده قرار بگیرند

تاریخچه

پروفسور دکتر اتو بایر را به دلیل سنتز اولیه ی این ماده از دی ایزوسیانات ها پدر صنعت پلی اورتان ها نامیده اند. منشا اولیه ی استفاده از polyurethane به جنگ جهانی دوم و به منظور جایگزینی این ماده با لاستیک ها بر می گردد. همچنین در طی جنگ جهانی دوم استفاده از این ماده برای تهیه ی پوشاک مقاوم به گاز خردل ، پوشش های های گلس هواپیما ها و پوشش هایی برای بالا بردن مقاومت شیمیایی و خوردگی فلزات بسیار مورد توجه قرار گرفت.

بعد از به پایان رسیدن جنگ جهانی دوم مصارف صنعتی تر این ماده بیشتر مورد استفاده قرار گرفت و از این ماده در تهیه ی چسب ها، رنگ ها الاستومر ها، فوم های سخت و… بیشتر استفاده گردید

پلی اورتان ترموپلاستیک

این ماده (TPU) یک الاستومر(پلیمری که هم ویسکوزیته و هم خاصیت ارتجاعی را همزمان دارد) کاملا ترموپلاستیک است . ترموپلاستیک به موادی اطلاق می شود که در اثر حرارت و گرما نرم شده و در صورت خنک شدن دوباره ساختار خود را پیدا کرده و به حالت اولیه در می آیند .

همانند تمامی الاستومرهای ترموپلاستیک ، TPU هم قابل ارتجاع (کشسان) بوده و هم قابلیت پردازش قالبی دارد . بنابراین این ماده را می توان با استفاده از روش های قالب گیری اکستروژن ، تزریق ، بادی و فشرده پردازش کرد .

TPU یک الاستومر بسیار همه کاره است و دارای خواص بسیار منحصر به فردی است که باعث عملکرد عالی و انعطاف پذیری در پردازش آن می شوند . پلی اورتان ترموپلاستیک ، پلیمری ایده آل برای استفاده در طیف وسیعی از محصولات مانند کفش ، سیم و کابل ، فیلم و صفحه ، چسب و قطعات خاص قالب بندی شده است .

عامل اصلی که موجب تطبیق پذیری و همه کاره بودن این الاستومر می شود ، متغییر بودن سختی آن است که به راحتی توسط کاربر می تواند تغییر کند .  TPU می تواند به اندازه لاستیک نرم و یا به اندازه پلاستیک های سخت سفت باشد . همچنین می توان آن را به صورت شفاف یا رنگی و صاف یا زبر بکار برد .

افزودنی‌های پلی اورتان:

محصول فوق کاربردهای متنوعی دارد و جایگاه خود را در صنایع مختلف پیدا کرده است. به منظور بهبود خاصیت مورد نظر در صنایع مختلف از افزودنی‌های مختلفی استفاده می‌شود که در زیر به نمونه‌های از آن اشاره شده است.

تثبیت کننده‌های فوم پلی‌ اورتان انعطاف‌پذیر:

در فوم‌های انعطاف پذیر پلی یورتان از تثبیت کننده‌های سیلیکونی به منظور مراقبت از پایداری و تحکیم فوم استفاده می‌شود. علاوه بر این، افزودنی‌های سیلیکونی مسئول ایجاد حفرات ریز و یکنواخت در فوم هستند. در زیر به تعدادی از این افزودنی‌ها اشاره شده است:

• STRUKSILON 8141:

این افزودنی تقریبا در تولید تمام فوم‌های پلی اورتان انعطاف پذیر استفاده می‌شود. این ماده یک پلی‌دی‌متیل سیلوکسان اصلاح شده با پلی اتر است و از نظر شیمیایی خنثی است. یک مایع شفاف، بی‌رنگ تا کمی زرد است که ویسکوزیته متوسط دارد. دارای خاصیت تثبیت‌کنندگی قوی است و در دمای اتاق در آب قابل حل شدن است. ساختار شیمایی آن در شکل (1) نمایش داده شده است.

شکل (1)

که در آن:

(R1=H(EO);CH3(PO

R2=Methyl,Butyl

n:1 – 50

X:1 – 100

Y:1 – 20

ویسکوزیته و دانسیته این ماده در دمای 25 درجه سانتی‌گراد به ترتیب mPas 1000 و kgm-3 1025 است. معمولا دز استفاده شده برای این ماده مابین 0.8 تا 1.4 (php (parts of 100 parts polyurethane است. دز بهینه با توجه به فرمول، نوع و مقدار فعال کننده و کاتالیست تعیین می‌شود ولی با این حال نباید مقدار آن از php 2.5 تجاوز کند.

• STRUKSILON 8143:

این ماده یک پلی‌دی‌متیل سیلوکسان اصلاح شده با پلی اتر است و از لحاظ شیمیایی خنثی است. این ماده یک مایع شفاف تا کمی کدر، بی رنگ مایل به زرد است. یک تثبیت کننده قوی و در دمای اتاق محلول در آب است. ساختار ملکولی آن همانند شکل1 می باشد.

در این تثبیت کننده مقادیر R1 ، R2 ، n، x و y مشابه STRUKSILON 8141 است. مقدار ویسکوزیته و دانسیته آن در دمای 25 درجه سانتی‌گراد برای این ماده به ترتیب mPas 1800 و kgm-3 1032 است.  مقدار دز پیشنهادی برای این ماده در حدود 0.7 تا 1.5 php است و مقدار آن نباید از php 2 تجاوز کند.

گرید‌های دیگر مربوط به این افزودنی شامل STRUKSILON 8146، STRUKSILON 8147، STRUKSILON 8182، STRUKSILON 8183 و STRUKSILON 8184 هستند که ساختار شیمیایی آن‌ها با هم یکسان و مشابه شکل (1) و (2) است و فقط ویسکوزیته و دانسیته آن‌ها با هم متفاوت است.

کاتالیست برای فوم پلی اورتان سفت و سخت:

کاتالیست‌ها اساسا بر روی فرآیند سیستم‌های پلی اورتان تاثیرگذار هستند. علاوه بر این باعث بهبود اتصالات عرضی بین پلی‌ال و ایزوسیانات می‌شود. در ادامه به تعدادی از این کاتالیست‌ها اشاره شده است.

• STRUKSILON BD 70:

این ماده یک کاتالیست بسیار فعال است و از آن عمدتا در فوم انعطاف‌پذیر به منظور ارتقائ واکنش آب_ایزوسیانات استفاده می‌شود. این ماده عمدتا در ترکیب با کاتالیست‌های ژلی مانند تری‌متیل دی آمین استفاده می‌شود. یک مایع شفاف، بی رنگ تا کمی زرد و با بوی مشخص است. ویسکوزیته و دانسیته آن در دمای 20 درجه سانتی‌گراد به ترتیب mPas 4 و  kgm-3 900 است. دز پیشنهادی برای این ماده 0.02 تا 1 php است. ساختار شیمیایی آن نیز در شکل (2) قابل مشاهده است:

شکل (2)

STRUKSILON DMDEE: این ماده نیز یک کاتالیست فعال است که معمولا با ترکیبات کاربردی مانند فوم 1_K Spray یا چسب 1_K مورد استفاده قرار می‌گیرد. این ماده نیز یک مایع شفاف، بی رنگ تا کمی زرد رنگ است و ویسکوزیته و دانسیته آن در دمای 20 درجه سانتی گراد به ترتیب mPas 29 و kgm-3 1060 است. STRUKSILON DMDEE یک کاتالیزور ضعیف برای فرمولاسیون پلی اورتان است ولی به دلیل ساختار ویژه‌ای که دارد دارای انتخاب پذیری بالایی است. از آنجا که نیتروژن توسط حلقه مورفولین به دام انداخته شده است واکنش مابین پلی ال و ایزوسیانات و سایر واکنش‌های جانبی به سختی فعال می‌شود. از طرف دیگر واحد ساختاری نیتروژن_اتیل اتر واکنش آب/ایزوسیانات را به شدت فعال می‌کند. مقدار دز پیشنهادی برای این کاتالیست 0.5 تا 2.5 php است. ساختار ملکولی آن در شکل (3) نمایش داده شده است.

شکل (3)

از جمله کاتالیست‌های دیگر این گروه می‌توان به STRUSILON KAC 12، STRUSILON KAC 15، STRUSILON KOA 64، STRUSILON KOA 82LV، STRUSILON KOCT 10، STRUSILON KOCT 14 RO، STRUSILON KOCT 15، STRUSILON KOCT 15LV و STRUSILON KPROP 14 اشاره کرد.

کاربرد ها:

polyurethane همانطور که پیش از این نیز اشاره شد دارای خواص چند منظوره، پرکاربرد و ایمن می باشند.

PU در بسیاری از انواع محصولات مصرفی و صنعتی استفاده می شود. دوستدار محیط زیست بودن به دلیل جلوگیری از هدر رفت انرژی و کاربرد های ویژه ی آن در زندگی روز مره موجب توجه بیشتر به پلی یورتان شده است

محصول فوق یک ساختار پلاستیکی است که در اشکال مختلف وجود دارد. ترکیب فوق متناسب با کاربرد آن می تواند نرم، سخت و یا انعطاف پذیر باشد. از جمله کاربرد های آن می توان به موارد زیر اشاره نمود

• یخچال و فریزر
• تشک
• بخش هایی از اتومبیل
• لباس های ورزشی
• کف کفش ها
• چسب
• تایر
• پوشش ها
• مبلمان

و…

در واقع کاربرد های PU را در همه جای زندگی مدرن می توان مشاهده نمود. در ادامه به بخشی از مهمترین کاربرد های این ماده بیشتر می پردازیم

ساختمان سازی

با افزایش جمعیت و روند رو به رشد آن همواره شاهد گرم شدن بیش از پیش زمین خواهیم بود. این ساختمان ها بخش بزرگی از انرژی را هدر می دهند و وابستگی به انرژی های خارجی را بیشتر می نمایند. به عنوان مثال چیزی حدود 160 میلیون ساختمان در اروپا وجود دارد و از 40 درصد انرژی مصرفی، حدود 36% از میزان انتشار گاز CO2 را به خود اختصاص می دهند. بنابراین راه هایی برای جلوگیری از انتشار این گاز مضر بسیار حیاتی می باشد

یکی از مهمترین کاربرد های محصول فوق در ساخت و ساز می باشد. این ماده به عنوان عایق یک روش مقرون به صرفه، بادوام و ایمن برای جلوگیری از انتشار گاز کربن دی اکسید است که موجب گرم شدن زمین می گردد. ترکیب فوق در آب و هوای سرد سبب کاهش هدر رفت گرما در خانه ها و دفاتر می شود و نمی گذارد انرژی به راحتی از دست برود.همچنین در تابستان ها نقش مهمی در خنک نگه داشتن ساختمان ها دارند. به بیان دیگر عایق بندی خوب به منظور نگه داشتن گرما در هوای سرد و خارج کردن آن در هوای گرم است

این عایق ها معمولا در

• دیواره ها
• سقف ها
• اطراف لوله ها
• بین طبقات

به کار برده می شوند..

 قیمت مناسب، استفاده ی راحت و دوام زیاد PU جز مزایای این ترکیب در استفاده از آن به عنوان عایق به شمار می رود . پلی اورتان سقفی امروزه به عنوان یکی از شناخته شده ترین عایق های سقف مصرف زیادی دارد .

یخچال و فریزر

فوم سخت و عایق پلی اورتان ها در یخچال ها و فریزر ها نیز موجب کاهش هدر رفت انرژی و خنک نگه داشتن فضای داخلی این محصولات می گردد. کارایی ویژه ی PU در یخچال و فریزر ها و نگه داشتن دمای پایین در این کالا ها یکی از ویژگی های کلیدی برای نگهداری مواد غذایی در طول فرایند پردازش، ذخیره سازی و توزیع آن ها به دست مصرف کننده می باشد. بدون PU ها حدود 50 درصد از بازار مصرفی مواد غذایی دچار فساد می شوند و بازار کسب و کار و زندگی روزمره را تحت تاثیر قرار می دهد. عایق بندی عالی، نگه داشتن هزینه های پایین در ساخت یخچال ها و فریزر ها، با دوام و بی خطر بودن از مزایای PU ها و کاربرد آن ها در یخچال و فریزر ها می باشد.

یخچال ها می توانند 30% مصرف برق خانوار را به خود اختصاص دهند. بنابراین بهینه سازی انرژی می تواند نقش مهمی در هدر رفت و هزینه ها ی مربوط به آن داشته باشد. استفاده از این ترکیب در یخچال هایی با برچسب A++ سبب کاربردی تر شدن این کالا ها نسبت به یخچال های 15 سال پیش گشته است

کاهش مصرف انرژی در هنگام استفاده از PU ها در یخچال ها و فریزر ها در سال 2005 را می توانید در نمودار زیر نسبت به سال های پیشین و قبل از استفاده از این ماده مقایسه نمایید

طبق دستور العمل های موجود polyurethane موجود در یخچال ها و فریزر ها می تواند بازیافت شود. فوم استخراجی از لوازم می تواند استخراج و بازیافت شود و به عنوان سوخت مورد استفاده قرار بگیرد

مبلمان

زندگی مدرن بدون استفاده از محصول فوق بسیار سخت خواهد بود. نرمی، راحتی و قابلیت انعطاف پذیری این مواد موجب گشته است تا طراحان ساخت مبلمان توجه ویژه ای به این ترکیب نمایند. همچنین ترکیب فوق در تخت ها به خصوص تشک های بیمارستانی استفاده می شود و موجب می شود تا بیمارانی با سابقه ی بستری طولانی مدت دچار زخم بستر نگردند

  کفش ها

کفش خوب کفشی است که راحت باشد و در صورت مصرف بیش از حد سبب آزردگی پا نگردد. استفاده از PU در ساخت کشف ها می تواند تمامی این اهداف را برآورده نماید. مقاومت در برابر نور و سایش در پلی اورتان ها موجب استفاده از این ترکیبات در کفی کفش ها گشته است و سبب جلوگیری از ورود آب به آن ها می گردد. همین دلایل موجب گشته است تا این ترکیب در کفش های ورزشی بیشتر مورد استفاده قرار بگیرد. همچنین در صورت کهنه شدن کفش، PU موجود در آن می تواند استخراج و مورد بازیافت قرار بگیرد.

در شکل زیر ترکیبات موجود در کفش ها و ماندگاری آن ها را می توانید مشاهده نمایید

رنگ

یکی از کاربردهای این پلیمر استفاده به عنوان رنگ و یا جلا برای پوشش چوب جهت محافظت و یا آببندی آن است . این ترکیب از واکنش بین یک رزین پلی اول (به عنوان پایه شناخته می شود) و یک پلی ایزوسیانات (عامل پخت و یا هاردنر) تولید می شود . نوع رزین را نیز می توان با پلی استر ، پلی اتر و یا اکریلیک اصلاح کرد .

در رنگ ،PU یک ساختار سخت و بادوام را ارائه می دهد که در برابر تغییرات شدید آب و هوا ، آفتاب شدید ، باد و بارش بسیار مقاوم است . همچنین به رنگ این اجازه را می دهد تا به سطح بالاتری از براقیت فرموله شود . این بالا رفتن سطح براقیت باعث می شود تا چرک و غبار موجود بر روی رنگ به راحتی با آب و مواد شوینده پاک شوند .

 اتومبیل ها

وجود صندلی های راحت موجود در اتومبیل ها به کاهش استرس و خستگی راننده و سایر سرنشینان کمک ویژه ای خواهد نمود این صندلی ها را با کمک محصول فوق بهبود می دهند. دوام و وزن بالای این ترکیبات نه تنها موجب کاربرد آن ها در داخل خودرو ها گشته است بلکه می تواند سبب عایق بندی مناسب بدنه خودرو ها و جلوگیری از حفظ و نفوذ سر و صدای بیرون در آن ها شود .

همچنین PU به دلیل وزن سبک و مقاومت بالایی که دارد سبب کاهش وزن کلی ماشین می گردد که همین امر موجب افزایش کارایی سوخت و بهبود عملکرد خودرو ها می شود

  پوشش

دوام و مقاومت بالای PU در برابر خوردگی موجب گشته است تا از این مواد به عنوان پوششی مناسب و با دوام در برابر تغییرات آب و هوایی و خوردگی در پل ها، واگن ها، مبل های چوبی، کف ها، دیواره ها، جاده ها، کابل ها و… استفاده شود.

یکی از کاربردهای این پلیمر استفاده از آن به عنوان پوشش وسایل چوبی است . پلی اورتان اعمال شده بر روی سطح چوب باعث می شود تا چوب در برابر گرما ، مواد شیمیایی ، خراش و سایش مقاوم شود. این ترکیب را می توان در دو نوع پایه آبی و پایه روغنی بر روی سطح اعمال کرد. پایه روغنی بر روی رنگ اثر گذاشته و آن را پر رنگتر می کند در حالی پایه آبی بر روی رنگ تاثیری نخواهد گذاشت.

محصولات مرتبط : پلی کربنات