پلی اورتان، پلیمر همه کاره

پلی اورتان، یکی از مواد پلیمری مهم و پرکاربرد است که به‌دلیل خواص فیزیکی و شیمیایی خوب آن در صنایع مختلف کارایی فراوان دارد. پلی یورتان با خصوصیات منحصربه‌فردی که دارد، از جمله مقاومت بالا در برابر سایش، انعطاف‌پذیری، مقاومت در برابر روغن و گریس، در تولید محصولات مختلف از قبیل کفش، مبلمان، لاستیک‌ها و حتی مواد عایق استفاده می‌شود. این مقاله به بررسی ویژگی‌ها، کاربردهای این محصول در صنعت، خواص، دلایل محبوبیت، رنگ پلی اورتان، چشم‌انداز به آینده و… می‌پردازد.

پلی اورتان چیست؟

پلی‌ اورتان (Polyurethane) یک پلیمر سازمان‌یافته است که از واکنش بین یک دی‌ایزوسیانات با یک پلی‌الکل و یا پلی‌امید تولید می‌شود. این ماده به‌دلیل خواص فیزیکی و شیمیایی خاص خود، در صنایع مختلف بسیار پر کاربرد است. همچنین این محصول به مواد اولیه در صنایع مختلف مانند خودروسازی، صنایع ساختمانی، لباس و کفش، بسته‌بندی و غیره تبدیل شده است.

پیدایش پلی اورتان

پلی اورتان اولین بار در اواخر دهه 1930 توسط شیمیدان آلمانی دکتر اتو بایر و تیمش در IG Farben ساخته شد. به‌دلیل کمبود لاستیک در جنگ جهانی دوم، آنها به‌دنبال ساخت ماده‌ جایگزین برای لاستیک بودند. بدین‌ترتیب در سال 1942 اولین فوم پلی یورتان تولید و در عایق کاری هواپیما و تجهیزات نظامی استفاده شد.

پس از جنگ، تولید پلی یورتان به سمت استفاده تجاری تغییر کرد و به‌سرعت به ماده محبوب برای طیف وسیعی از کاربردهای غیر نظامی تبدیل شد. در دهه 1950 از فوم پلی یورتان در تولید مبلمان و ملحفه و همچنین در عایق سازی ساختمان ‌استفاده می شد. در دهه 1960، پوشش‌های پلی اورتان برای محافظت در برابر خوردگی و بهبود ظاهر وسایل نقلیه توسعه یافت و در صنعت خودروسازی مورد استقبال قرار گرفت.

از آن زمان به بعد، پلی اورتان به‌طور گسترده در کاربردهای مختلف از جمله ساخت‌وساز، الکترونیک، کفش و تجهیزات ورزشی به‌کار می‌رود. پیشرفت‌های فناوری امکان توسعه انواع جدیدی از پلی‌اورتان را با خواص بهبود‌یافته مانند افزایش استحکام، دوام و مقاومت در برابر آتش را فراهم کرده است. امروزه این پلیمر، یک ماده همه‌کاره و مهم در بسیاری از صنایع است. در قسمت بعدی این مقاله درباره کاربردهای آن توضیح می‌دهیم.

کاربرد پلی اورتان در صنعت

همان‌طورکه در بخش قبلی بیان کردیم، کاربرد پلی‌اورتان در صنایع مختلف بسیار چشم گیر است. در ادامه به برخی از کاربردهای آن اشاره می‌کنیم:

1. صنعت خودروسازی: پلی‌اورتان به‌عنوان ماده اصلی در تولید قطعات داخلی خودروها مانند صندلی‌ها، داشبورد، پنجره‌ها، سقف و دیگر قطعات استفاده می‌شود.
2. صنعت ساختمانی: این محصول برای عایق حرارتی و صوتی در ساختمان‌ها استفاده می‌شود. همچنین، این پلیمر به‌عنوان یک ماده چسبنده در تولید صفحات سقف، کفپوش‌ها، پوشش‌های دیواری و …کاربرد دارد.
3. صنعت لباس و کفش: پلی‌اورتان در تولید کفش‌ها، لباس‌های ضدآب، کیف‌ها و دیگر محصولات مشابه استفاده بسیاری دارد.
4. صنایع بسته‌بندی: پلی یورتان به دلیل دوام و مقاومت بالا در برابر رطوبت و آب، در تولید بسته‌بندی‌های مختلف مانند کیسه‌های زباله، بسته‌بندی‌های مواد غذایی و دارویی و… به کار می رود.
5. صنایع الکترونیکی: این ماده به دلیل خاصیت عایق برق و حرارتی در تولید قطعات الکترونیکی کاربرد فراوان دارد. به همین علت در تولید محصولاتی مانند کیس‌های کامپیوتر، قطعات تلفن همراه و دیگر محصولات مشابه استفاده می شود.

خواص پلی یورتان

پلی‌اورتان یک پلیمر سنتزی است که به عنوان ماده اولیه در ساخت مواد پوششی، لاستیک، فوم، چسب و غیره به کار می رود. برخی از خواص پلی‌اورتان عبارتند از:

1. مقاومت بالا در برابر سایش، ضربه و خوردگی
2. انعطاف‌پذیری بالا
3. مقاومت بالا در برابر مواد شیمیایی‌ و روغن‌ها
4. خواص عایق حرارتی و صوتی بالا
5. قابلیت پردازش و شکل‌دهی آسان
6. پایداری بالا در برابر اشعه‌ UV و رطوبت
7. قابلیت بازیافت و استفاده مجدد در برخی موارد

رنگ پلی اورتان چیست؟

رنگ پلی اورتان بسته به فرمول خاص و کاربرد مورد نظر متفاوت است. پوشش‌‌ها و فوم‌های پلی اورتان شفاف یا مات هستند و در طیف وسیعی از رنگ‌ها وجود دارند. برخی از محصولات پلی اورتان نیز ممکن است بنا بر نیاز، به کمک رنگدانه ها، رنگ‌آمیزی شده و به رنگ خاصی تولید شوند.

پژوهش‌هایی در این زمینه

پلی اورتان‌ها پلیمرهای پلاستیکی هستند که از ترکیب دی ایزوسیانات‌ها (TDI و MDI) و پلی‌ال‌ها ساخته می‌شوند. به‌معنای واقعی کلمه صدها نوع مختلف پلی یورتان وجود دارد و هر کدام به روشی متفاوت تولید می‌شوند.

از دی‌اکسیدکربن برای ایجاد حس نرمی و راحتی در تشک یا مبل استفاده می‌شود. میزان ماده دمنده در کف حاصل، نرمی پلی یورتان را تعیین می کند. در فوم‌های سخت، گازی مانند پنتان در سلول‌های بسته فوم «به دام افتاده» و ظرفیت عایق را بهینه می‌کند. از سوی دیگر، چرخ‌های رولر تیغه‌ای، نیازی به ماده دمنده ندارند. زیرا قوام، تراکم و مقاومت برای این محصولات در اولویت است.

دلایل محبوبیت پلی یورتان‌ها

پلی یورتان‌ها به دلایل مختلف که در ادامه مطرح می‌کنیم مورد استقبال و محبوییت قرار گرفته اند:

1. تطبیق‌پذیری: با فرمولاسیون‌ مختلف پلی یورتان‌ها طیف وسیعی از خواص، از جمله انعطاف‌پذیری و سختی متفاوت بدست می‌آید. همچنین این پلیمر در رنگ‌ها و بافت‌های مختلف ساخته می‌شوند.
2. دوام: پلی یورتان‌ها به‌ دوام و مقاومت در برابر سایش، پارگی و ضربه معروفند. آنها همچنین در برابر مواد شیمیایی، آب و اشعه UV مقاوم هستند.
3. بهره‌وری انرژی: فوم پلی اورتان یک عایق عالی است که به کاهش مصرف انرژی و هزینه‌های گرمایش و سرمایش کمک می‌کند.
4. راحتی: این فوم در تشک‌ها، مبلمان و صندلی‌های خودرو برای ایجاد حس راحتی استفاده می‌شود.
5. پایداری: پلی یورتان‌ها از منابع تجدیدپذیر مانند سویا قابل تهیه بوده و همچنین در برخی کاربردها قابل‌بازیافت یا استفاده مجدد هستند.
6. مقرون به صرفه: ازآنجاکه پلی یورتان در مقادیر زیاد و با هزینه نسبتاً کم تولید می‌شود، یک انتخاب اقتصادی برای بسیاری از کاربردها به شمار می­آید.

پلی اورتان‌ها و پایداری

منابع زمین محدود است و ما باید فقط آنچه را که نیاز داریم از آن برداشته و برای نسل آینده هم باقی بگذاریم. پلی یورتان‌ها نقش مهمی در حفظ منابع طبیعی سیاره زمین دارند. روکش‌های پلی یورتان طول عمر بسیاری از محصولات را در مقایسه با محصولات بدون این پوشش افزایش می‌دهند. پلی یورتان‌ها به صرفه‌جویی پایدار در انرژی کمک می‌کنند. آنها معماران را در عایق بندی ساختمان‌ها و کاهش مصرف گاز، نفت و برق یاری می نمایند.

به لطف پلی اورتان، تولیدکنندگان خودرو می‌توانند وسایل نقلیه را جذاب‌تر طراحی کنند. این ویژگی به ساخت قاب‌های سبک‌تر و صرفه جویی در مصرف سوخت و کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای کمک می‌کند. علاوه‌براین، عایق‌بندی یخچال‌ها با فوم‌های پلی یورتان مواد غذایی را برای مدت طولانی‌تر سالم نگه می‌دارد و از فاسدشدن آنها جلوگیری می‌کنند.

علاوه‌بر صرفه‌جویی در انرژی و حفاظت از منابع ارزشمند، اکنون تمرکز بیشتر دانشمندان بر امکان بازیافت محصولات پلی یورتان پس از پایان عمر طبیعی خود قرار دارد.

بهینه سازی پلی اورتان برای محیط زیست

• تولید از منابع تجدیدپذیر: برخی از انواع پلی‌اورتان از منابع تجدیدپذیر مانند سویا تولید می‌شوند که به کاهش وابستگی به سوخت فسیلی کمک می‌کند.
• کارآیی انرژی: فوم پلی‌اورتان یک عایق عالی است که به کاهش مصرف انرژی و کاهش هزینه‌های گرمایش و سرمایش کمک می‌کند.
• قابلیت بازیافت: پلی‌اورتان در برخی موارد قابل بازیافت و استفاده مجدد است. به‌عنوان مثال، فوم پلی‌اورتان از مبلمان و تشک خرد شده و در تولید موکت و انواع عایق به‌کار می‌رود.
• کاهش پسماند: پوشش‌های پلی‌اورتان معمولا برای عمر طولانی‌تر فرموله شده و نیاز به رنگ‌آمیزی مکرر و دفع پسماند را کاهش می دهند.
• کاهش آلاینده‌ها: بهینه‌سازی تولید پلی‌اورتان سبب کاهش آلاینده‌های ناشی از ترکیبات آلی فرّار و دیگر آلاینده‌ها می شود.
• ارزیابی چرخه حیات: تأثیر محیطی پلی‌اورتان از طریق ارزیابی چرخه حیات (LCA) ارزیابی می‌شود. این چرخه تأثیر محیطی مواد خام، فرآیند تولید، مرحله استفاده و دفع در پایان عمر را مورد بررسی قرار می‌دهد.

درمجموع، با اینکه پلی‌اورتان یک راه‌حل کامل نیست، اما وقتی مسئولانه تولید و استفاده شود، یک انتخاب پایدار خواهد بود.

نقش پلی اورتان در زندگی روزمره

زندگی روزانه انسان با پلی‌اورتان عجین شده و در وسایل خانه از این محصولات به وفور استفاده می‌شود. مانند:

• تشک

فوم پلی‌اورتان با خواص عایق حرارتی و صوتی، نرمی و انعطاف‌پذیری که دارد، در ساخت تشک‌ها بسیار محبوب است. همچنین، فوم پلی‌اورتان به منظور حفظ شکل و ساختار تشک استفاده می‌شود. فوم پلی‌اورتان مثل لایه‌ای روی تشک قرار گرفته و نرمی و انعطاف‌پذیری آن، به شکل بدن فرد که روی تشک می‌خوابد، تنظیم می‌کند.

• مبلمان

اکثر اثاثیه نرم موجود در خانه از پلی یورتان هستند. احساس راحتی و آرامش در هنگام فرو رفتن در مبل در پایان یک روز طولانی، همه به لطف فوم‌های پلی اورتان به ما دست می‌دهد. انعطاف‌پذیری، دوام، استحکام و راحتی فوم‌ها باعث شده تا در اکثر مبلمان اداری و همچنین صندلی‌های تئاتر و سالن‌های سینما و همایش نیز به‌کار رود.

• تن پوش

ازآنجاکه پلی یورتان‌ها سبک و انعطاف پذیرند، در انواع لباس‌ها هم یافت می‌شوند. پلی یورتان‌ها چه در کفش‌ها، برای ساختن کفی‌های مقاوم در برابر آب یا رویه‌های سبک وزن، چه در ژاکت‌ها و لباس های گرم، به احساس راحتی عمومی کاربر می افزاید.

• موکت

موکت پلی اورتان به راحتی فرش است. زیرا عایق حرارتی از اتلاف گرما جلوگیری کرده و با جذب اصطکاک فرش را نرم‌تر و سایش و پارگی آن را کاهش می‌دهد.

• حمل‌ونقل

بیشتر بالشتک‌های صندلی و فضای داخلی خودروها و کامیون‌ها از پلی یورتان ساخته شده اند تا از لرزش بکاهند و سفر را برای راننده و سرنشینان راحت‌تر ‌کنند. بدنه خودروها اغلب حاوی پلی یورتان است تا آنها را در برابر صدا و گرمای موتور و ترافیک عایق کند. همچنین پلی یورتان‌ موجود در سپرها به جذب اثرات تصادفات کمک می‌کند. ماهیت وزن سبک این ماده منجر به کاهش وزن کلی و بازده سوخت بیشتر در خودرو می‌شود.

علاوه‌براین، توسعه فناوری‌ و فرآیندهای جدید منجر به نوآوری در صنعت پلی‌اورتان می‌شود. به‌عنوان مثال، استفاده از فناوری چاپ سه بعدی برای ایجاد قطعات و محصولات پلی اورتان درحال گسترش است. این فناوری به انعطاف‌پذیری و سفارشی‌سازی بیشتر طراحی و همچنین زمان تولید سریع‌تر کمک می‌‌کند.

تطبیق‌پذیری پلی اورتان‌ها

محصولات کمی می‌توانند از نظر تنوع و محبوبیت با پلی یورتان رقابت کنند. از عایق‌ها گرفته تا تخته‌های موج‌سواری، از کیسه هوای خودرو گرفته تا درزگیر پنجره‌ها، پلی یورتان‌ها همه‌جا در زندگی روزمره ما حضور دارند.

عواملی مثل قیمت مناسب، ایمنی و قابلیت بازیافت منجر به استفاده فزاینده و موفقیت روزافزون این ماده در صنعت می‌شود. این ویژگی‌ها باعث شده تولیدکنندگان و خرده‌فروشان سراسر جهان این پلیمر را انتخاب کنند. استفاده از پلی­اورتان انتظارات مصرف‌کننده را برآورده کرده و محبوبیت این فناوری را افزایش می دهد. پلی اورتان، برخلاف برخی از مواد دیگر با عملکرد مشابه، کمبودی نداشته و می‌توان آن را براساس مشخصات دقیق ساخت. مثلا:

• اگر تولیدکنندگان تشک سازگاری محکم‌تری را برای فوم‌ها درخواست کنند، سازندگان پلی یورتان با طراحان تشک برای برآوردن این الزامات خاص همکاری خواهند کرد.
• اگر تولیدکنندگان خودرو طبق قانون موظف شوند سروصدای داخل خودروها را کمتر کنند، تولیدکنندگان پلی اورتان برای رسیدن به اهداف مورد نیاز انعطاف لازم را از خود نشان خواهند داد.

سخن پایانی، چشم‌انداز به آینده

چشم‌انداز پلی یورتان‌ها در آینده بسیار روشن است. این ماده از عایق‌ها و پوشش‌ها گرفته تا چسب‌ها و درزگیرها کاربرد دارد. در سال‌های اخیر، گرایش به سمت تولید پلی‌اورتان‌های زیستی که از منابع تجدیدپذیر مانند روغن‌های گیاهی و قندهای گیاهی ساخته می‌شوند، بیشتر شده است. این پلی یورتان‌های زیستی پتانسیل کاهش اثرات زیست‌محیطی را دارند و جایگزین پایدارتری برای پلی یورتان‌های سنتی مبتنی بر نفت هستند.