تطبيقات البولي يوريثين

تشكل تكاليف التدفئة والتبريد حوالي 56 بالمئة من الطاقة المستهلكة في المنازل الأمريكية المتوسطة، وفقاً لوزارة الطاقة الأمريكية. تتيح طبيعة الكيمياء الخاصة بالبولي يوريثين إمكانية تعديله لحل مشكلات معقدة، كما يمكن تشكيله إلى أشكال غير اعتيادية ولتحسين المنتجات الصناعية والمنتجات الاستهلاكية.

يتم تشكيل مركبات البولي يوريثين عبر التفاعل بين مادة بوليول (وهي كحول يحتوي كل جزيء منه على أكثر من مجموعتين هيدروكسيليتين فعالتين) مع دي أيزوسايانت أو أيزوسايانت متعدد الوحدات بوجود محفزات وإضافات مناسبة. وبما أنه يمكن استخدام مجموعة متنوعة من مركبات الدي أيزوسايانت ومجموعة واسعة من مركبات البوليولات لإنتاج البولي يوريثين، فإنه يمكن تصنيع مجموعة واسعة من المواد لتلبية متطلبات التطبيقات المحددة.

أنواع البولي يوريثين:

✦ رغوة البولي يوريثين المرنة
يُستخدم البولي يوريثان المرناً في صناعة الإسفنج لتوفير التبطين في مجموعة متنوعة من المنتجات الاستهلاكية والتجارية، بما في ذلك الفراش والأثاث ومقصورة السيارات والسجاد المُثبت أسفل الأرضيات والتغليف. ويمكن إنتاج الإسفنج المرن بأشكال ودرجات صلابة متعددة تكاد تشمل كل ما يمكن تخيّله. وهو خفيف الوزن ودائم وداعم ومريح. ويُشكل البولي يوريثان المرن حوالي 30 بالمئة من سوق البولي يوريثان بأمريكا الشمالية، ويُستخدم بشكل رئيسي في صناعات الفراش والأثاث وقطاع السيارات.

✦ رغوة البولي يوريثين الصلبة
تُعد رغوات البولي يوريثان الصلبة والبولي أيزوسيانورات (polyiso) واحدة من أكثر مواد العزل شيوعاً في العالم، كما أنها فعالة من حيث استخدام الطاقة ومختلفة في الاستخدام. يمكن لهذه الرغوات أن تخفض تكاليف الطاقة بشكل كبير بينما تجعل المباني التجارية والسكنية أكثر كفاءة وراحة. وبحسب وزارة الطاقة الأمريكية، فإن التدفئة والتبريد تسهمان بحوالي 56 بالمئة من استهلاك الطاقة في المنازل الأمريكية النموذجية، مما يجعلها المصروف الأكبر فيما يتعلق بالطاقة في معظم المنازل. وللحفاظ على درجة حرارة موحدة وتقليل مستويات الضجيج في المنازل والمباني التجارية، يلجأ المطورون إلى رغوة البولي يوريثان الصلبة والرغوة البولي أيزوسيانورات. وهذه الرغوات هي مواد عازلة فعّالة يمكن استخدامها في عزل الأسقف والجدران، والنوافذ المعزولة، والأبواب وختم السدود الهوائية.

✦ الطلاءات والمواد اللاصقة وسدادات الهواء والمطاطيات (CASE)
تُعدّ استخدامات البولي يوريثين في سوق الأغطية والمواد اللاصقة ومواد الختم والمطاطيات (CASE) واسعة ومتنامية، حيث تُحسّن أغطية البولي يوريثين المظهر الخارجي للمنتج وتزيد من عمره الافتراضي. كما توفّر المواد اللاصقة من البولي يوريثين مزايا التماسك القوي، بينما تضمن مواد الختم من البولي يوريثين إغلاقاً أكثر كفاءة. ويمكن صب مطاطيات البولي يوريثين بأي شكل تقريبًا، وهي أخف وزنًا من المعدن وتتميز باستعادة أفضل من الإجهاد، كما يمكن أن تكون مقاومة لعوامل بيئية متعددة.

✦ البولي يوريثين الحراري (TPU)
يوفر البولي يوريثين الحراري (TPU) مجموعة متنوعة من خصائصه الفيزيائية وتطبيقات التصنيع. إنه مطاطي للغاية، ومرن، ومقاوم للتآكل والتأثيرات الجوية والصدمات. يمكن تلوين مركبات TPU أو تصنيعها بعدة طرق متنوعة، ويمكن أن يزيد استخدامها من متانة المنتج الكليّة. TPU هو مطّاط حراري تمامًا. مثل جميع المطاطيات الحرارية، فإن TPU يتمتع بالمرونة ويُمكن معالجته بالانصهار. بالإضافة إلى ذلك، يمكن معالجته باستخدام معدات البثق، والقولبة بالحقن، والقالبة بالنفخ، والقالبة بالضغط. كما يمكن تشكيله تحت ضغط الهواء أو طلاؤه بحلّ محلوله، وهو مناسب جدًا لمجموعة واسعة من أساليب التصنيع. يمكن لـ TPU توفير عدد كبير من تركيبات الخصائص الفيزيائية، مما يجعله مادة شديدة المرونة قابلة للتكيف مع عشرات الاستخدامات مثل البناء، والسيارات، وصناعة الأحذية.

✦ تقنية القولبة التفاعلية بالحقن (RIM)
تُعتبر أجزاء المصدات الخاصة بالسيارات ولوحات تغليف الأجهزة الكهربائية ومعدات الحواسيب والاتصالات من بين الأجزاء التي تُنتج باستخدام مركبات البولي يوريثين بطريقة صب الحقن التفاعلية (RIM). وبإضافة مرونة في التصميم، فإن عملية صب الحقن التفاعلية للبولي يوريثين تُنتج أجزاء لا يمكن عادةً إنتاجها ممكناً باستخدام عمليات صب الحقن التقليدية، مثل الأجزاء ذات الجدران السميكة أو الرقيقة، والأجزاء ذات اللب الداخلي المغلّف والنواة المسامية. وبالإضافة إلى القوة العالية والوزن الخفيف، يمكن للأجزاء المصنوعة من البولي يوريثين بطريقة صب الحقن التفاعلية أن تتميز بمقاومة الحرارة والعزل الحراري والاستقرار الأبعادي ومستوى عالٍ من الخصائص الديناميكية. وتعد سوق السيارات والبناء والأجهزة المنزلية والأثاث والترفيه والمعدات الرياضية بعض الأسواق والتطبيقات التي تستخدم تقنية صب الحقن التفاعلية.

✦ المثبتات
تُستخدم روابط البولي يوريثين للالتصاق بأنواع عديدة من الجسيمات والألياف ببعضها البعض. تكمن مجالات الاستخدام الأساسية لها في تصنيع الألواح الخشبية وأسطح الأرضيات المصنوعة من المطاط أو المطاطيات، وكذلك في صب الرمال ضمن صناعة الصب. إن التطبيق الأكثر شيوعاً لروابط البولي يوريثين هو في تصنيع ألواح الشرائح الموجهة (OSB). تُستخدم هذه الألواح الخشبية في التغليف الهيكلي للأرضيات والمساكن الجاهزة والعتبات والجدران والأسطح المصنعة. كما تُستخدم روابط البولي يوريثين في تصنيع طبقات أرضيات السجاد المعاد تشكيلها (Rebond) لتجميع قصاصات رغوة، تُعتبر في الغالب رغوة بولي يوريثين مرنة، معًا خلال عملية الإنتاج.

✦ محاليل البولي يوريثين المائية (PUDs)
إن تشتتات البولي يوريثين القابلة للذوبان في الماء (PUDs) هي طلاءات ومواد لاصقة تستخدم الماء كمذيب رئيسي. ومع تشديد اللوائح الفيدرالية على كمية المركبات العضوية المتطايرة (VOCs) والملوثات الجوية الخطرة (HAPs) التي يمكن إطلاقها في الجو، يتم استخدام هذه التشتتات بشكل متزايد في المزيد من التطبيقات الصناعية والتجارية.

تطبيقات مادة البولي يوريثين:

✦ ملابس
عندما اكتشف العلماء أن مادة البولي يوريثين يمكن تحويلها إلى خيوط دقيقة، تم دمجها مع النايلون لصنع أزياء أكثر خفة ومرونة. وعلى مر السنين، تمت تحسين مادة البولي يوريثين وتطويرها لتصبح ألياف سبانديكس، وطلاءات البولي يوريثين والمطاط الحراري. وبفضل التطورات الحالية في تقنيات البولي يوريثين، يمكن للمصنعين إنتاج مجموعة واسعة من الأزياء المصنوعة من مواد صناعية تشبه الجلد أو الجلود المستخدمة في الملابس الرياضية وأغراض مختلفة عديدة.

✦ الأجهزة
تُعد البولي يوريثينات مكونًا مهمًا في الأجهزة الكهربائية الرئيسية التي يستخدمها المستهلكون كل يوم. وأكثر استخدامات البولي يوريثينات شيوعًا في هذه الأجهزة هو استخدام الأشكال الصلبة منها في أنظمة العزل الحراري للثلاجات والأجهزة الخاصة بالتجميد. ويُعتبر البولي يوريثان الصلب مادة أساسية وفعالة من حيث التكلفة يمكن استخدامها لتحقيق تصنيفات الطاقة المطلوبة في الثلاجات وتجميد الأغذية لدى المستهلكين. وتنبع خصائص العزل الحراري الجيدة للبولي يوريثينات الصلبة من الجمع بين تركيب رغوي دقيق مغلق الخلايا وغازات داخل الخلايا تقاوم انتقال الحرارة.

✦ السيارات
يتم استخدام البولي يوريثينات في جميع أنحاء السيارات. وبالإضافة إلى الرغوة المستخدمة في جعل مقاعد السيارة مريحة، فإن الصدمات والمقاطع الداخلية للسقف المعروفة باسم "خط العنوان"، وكذلك هيكل السيارة والأجنحة الخلفية والDoors and windows تستخدم البولي يوريثينات. كما يمكّن البولي يوريثين الشركات المصنعة من تقديم مسافات قطع أكبر للسائقين والركاب بشكل ملحوظ من خلال تقليل الوزن وزيادة كفاءة استهلاك الوقود والراحة ومقاومة التآكل والعزل وامتصاص الصوت.

✦ البناء والإنشاءات
تتطلب المنازل اليوم مواد ذات أداء عالٍ تكون قوية ولكن خفيفة الوزن؛ وأداء جيد ولكن سهلة التركيب؛ ودائمة ولكن متعددة الاستخدامات أيضًا. يساعد البولي يوريثين في الحفاظ على الموارد الطبيعية والحفاظ على البيئة من خلال تقليل استهلاك الطاقة. بفضل نسبته الممتازة بين القوة والوزن، وخصائصه العازلة، ومتانته وتنوع استخداماته، غالبًا ما يستخدم البولي يوريثين في تطبيقات البناء والتشييد. وقد جعلت كل من تكلفة هذه المواد المتعددة الاستخدامات وتوفرها، إضافة إلى الراحة التي يوفرونها لأصحاب المنازل، مكونات البولي يوريثين جزءًا من المنازل في كل مكان. ويستخدم البولي يوريثين في جميع أنحاء المنزل. ففي الأرضيات، يوفر رغوة البولي يوريثين المرنة وسادةً لسجادك. وفي السقف، يمكن لتغطيات البلاستيك العاكسة فوق رغوة البولي يوريثين أن تعكس ضوء الشمس والحرارة بعيدًا، مما يساعد المنزل على البقاء باردًا مع تقليل استهلاك الطاقة. وتضيف مواد البناء من البولي يوريثين مرونة في التصميم للمنازل الجديدة ولمشاريع التجديد. حيث توفر الألواح ذات اللب الرغوي مجموعة واسعة من الألوان والمظهر للجدران والأسطح، بينما تتوافر أبواب الدخول والجراجات ذات اللب الرغوي بأنواع مختلفة من التشطيبات والأساليب.

✦ الخشب المركب
تلعب البولي يوريثينات دوراً كبيراً في المواد الحديثة، مثل الأخشاب المركبة. ويتم استخدام مواد رابطة تعتمد على البولي يوريثين في منتجات الأخشاب المركبة لتثبيت المواد العضوية بشكل دائم في ألواح الشرائح الموجهة (Oriented Strand Board)، وألواح الألياف ذات الكثافة المتوسطة (Medium-Density Fiberboard)، وأخشاب الشرائح الطويلة، والأخشاب المبطنة بقشرة ملصقة (Laminated-Veneer Lumber)، وحتى في ألواح القش والألواح الخشبية المضغوطة (Particleboard).

✦ الإلكترونيات
غالباً ما تُعرف باسم "مركبات التغليف (Potting Compounds)", وتُستخدم البولي يوريثينات غير الرغوية بشكل واسع في صناعات الكهرباء والإلكترونيات لتعبئة وتطويق وعزل المكونات الإلكترونية الدقيقة والحساسة للضغط، وكابلات تحت الماء، ولوحات الدوائر المطبوعة. يتم إعداد مركبات البولي يوريثين الخاصة بالتغليف بشكل خاص من قبل المطورين لتلبية مجموعة متنوعة من الخصائص الفيزيائية والحرارية والكهربائية. ويمكن لهذه المركبات حماية الإلكترونيات من خلال توفير خصائص عازلة ولصق ممتازة، بالإضافة إلى مقاومة استثنائية للمذيبات والماء ودرجات الحرارة الشديدة.

✦ تغطية الأرضيات
سواءً كطبقة رغوية تحتية أو كطبقة طلاء على السطح، يمكن لمسانير البولي يوريثين أن تجعل الأرضيات التي نمشي عليها يومياً أكثر متانة وسهولة في الصيانة وجاذبية بصرية. استخدام رغوة البولي يوريثين المرنة كطبقة تحتية للسجاد في الاستخدامات السكنية أو التجارية يمكن أن يزيد بشكل كبير من عمر السجاد، ويحمي مظهره، ويوفر راحة ودعماً إضافيين، ويقلل من الضجيج المحيط. كما يُستخدم البولي يوريثين أيضاً لطلاء الأرضيات، من الخشب والباركيه وحتى الإسمنت. هذا الطلي النهائي الوقائي مقاوم للتآكل والمذيبات، وسهل التنظيف والصيانة. ومع طبقة نهائية من البولي يوريثين، تتحمل الأرضيات الجديدة من الخشب أو الباركيه أو الإسمنت التآكل لفترة أطول، بينما يمكن تجديد الأرضيات القديمة لتعود وكأنها جديدة مرة أخرى.

✦ الأثاث
يُعد البولي يوريثان، الذي يوجد في معظم الأحيان على شكل رغوة مرنة، أحد أكثر المواد شيوعًا والتي تُستخدم في تجهيزات المنازل مثل الأثاث ومستلزمات الفراش والبطانيات تحت السجاد. وبصفته مادة وسائد للأثاث المفروش، يعمل البولي يوريثان الرغوي على جعل الأثاث أكثر متانةً وراحةً ودعماً.

✦ بحري
يستمتع ملايين الأمريكيين بالرحلات البحرية كل عام. وجزء من شعبية هذه الرياضة هو بفضل التطور في تكنولوجيا السفن، حيث تسهم مواد البولي يوريثين بشكل كبير في هذا التقدم. فراتنجات الإيبوكسي البولي يوريثينية تُغلق هيكل القارب ضد الماء والطقس والتآكل والعناصر التي تزيد من المقاومة وتأثير الديناميكا الهيدروليكية وتقلل المتانة. يمكن لمحبي الرحلات البحرية الاستمتاع براحة المنزل على سطح الماء، وذلك جزئيًا بفضل رغوة البولي يوريثين المرنة. بالإضافة إلى ذلك، فإن رغوة البولي يوريثين الصلبة تحمي السفن من الضوضاء والاختلافات الشديدة في درجات الحرارة، كما توفر مقاومة للتآكل والتمزق، ويزيد من قدرة تحمل الأوزان مع إضافة وزن ضئيل للغاية. ويعد البولي يوريثين الحراري أيضًا ممتازًا للاستخدام في الصناعة البحرية. فهو مادة مرنة ودائمة وسهلة المعالجة، ومناسبة تمامًا لاستخدامها في طلاءات الأسلاك والكابلات وأنابيب المحركات وأحزمة النقل والخرطوم الهيدروليكي والختم وحتى في صب السفن.

✦ طبي
يتم استخدام البولي يوريثينات بشكل شائع في عدد من التطبيقات الطبية، بما في ذلك أنابيب القسطرة والأنابيب متعددة الاستخدامات، وأسرّة المستشفيات، وملابس العمليات الجراحية، وضمادات الجروح، وأجهزة مختلفة تُصنع بطريقة الحقن. ويتمثل أكثر استخدام شيوعًا لها في الزرع المؤقت. ويمكن أن يكون استخدام البولي يوريثين في التطبيقات الطبية أكثر فعالية من حيث التكلفة، كما يمكن أن يوفر متانة وصلابة أكبر.

✦ التغليف
يمكن أن توفر رغوة التعبئة من مادة البولي يوريثين (PPF) وسيلة لامتصاص الصدمات تناسب الشكل وتكون أكثر فعالية من حيث التكلفة، مما يحمي بشكل فريد وآمن العناصر التي تحتاج إلى البقاء في مكانها بأمان أثناء النقل. وتُستخدم رغوة PPF على نطاق واسع لحماية ونقل العديد من الأدوات بسلامة، مثل المعدات الإلكترونية والأجهزة الطبية التشخيصية، والمعدات الزجاجية الهشة، والأجزاء الصناعية الكبيرة. وتعتبر حلًا متعدد الاستخدامات ومباشرًا للعديد من تحديات التعبئة، حيث يمكن لرغوة PPF توفير الوقت وتحقيق فعالية أكبر من حيث التكلفة من خلال توفير حاويات مخصصة لكل شحنة.