การประยุกต์ใช้โพลียูรีเทน

ตามข้อมูลจากกระทรวงพลังงานสหรัฐฯ ค่าใช้จ่ายในการให้ความร้อนและทำความเย็นมีสัดส่วนประมาณ 56 เปอร์เซ็นต์ของพลังงานที่ใช้ในบ้านเรือนโดยเฉลี่ยของชาวอเมริกัน คุณสมบัติทางเคมีของโพลียูรีเทนช่วยให้สามารถนำไปประยุกต์ใช้แก้ปัญหาที่ซับซ้อน สามารถขึ้นรูปเป็นรูปทรงพิเศษ และเพิ่มคุณภาพให้กับผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมและผู้บริโภค

โพลียูรีเทนเกิดจากการทำปฏิกิริยาระหว่างพอลิออล (แอลกอฮอล์ที่มีหมู่ไฮดรอกซิลที่มีปฏิกิริยาได้มากกว่าสองตัวต่อมอลิคิวล) กับไดไอโซไซยานเอตหรือโพลิเมอริกไอโซไซยานเอต โดยมีตัวเร่งปฏิกิริยาและสารเติมแต่งที่เหมาะสมเป็นสื่อกลาง เนื่องจากสามารถใช้ไดไอโซไซยานเอตหลากหลายชนิดและพอลิออลหลายประเภทในการผลิตโพลียูรีเทน จึงสามารถผลิตวัสดุที่หลากหลายเพื่อให้ตรงตามความต้องการของงานประยุกต์เฉพาะด้าน

ประเภทของโพลียูรีเทน:

✦ โฟมโพลียูรีเทนยืดหยุ่น
โฟมโพลียูรีเทนแบบยืดหยุ่นถูกนำมาใช้เป็นวัสดุสำหรับบุหรี่ในผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ ทั้งสำหรับผู้บริโภคและเชิงพาณิชย์ เช่น เฟอร์นิเจอร์ที่นอน พื้นรถยนต์ พรมปูพื้น และบรรจุภัณฑ์ โฟมแบบยืดหยุ่นสามารถผลิตให้มีรูปร่างและความแข็งต่าง ๆ กันได้หลากหลาย เป็นวัสดุที่มีน้ำหนักเบา ทนทาน มีความรองรับดี และให้ความรู้สึกสบาย โฟมโพลียูรีเทนแบบยืดหยุ่นมีสัดส่วนประมาณ 30 เปอร์เซ็นต์ของตลาดโพลียูรีเทนในอเมริกาเหนือทั้งหมด และมักถูกใช้ในอุตสาหกรรมเครื่องนอนเฟอร์นิเจอร์และอุตสาหกรรมยานยนต์

✦ โฟมโพลียูรีเทนชนิดแข็ง
โฟมโพลียูรีเทนและโพลีไอโซไซยานูเรต (พอลิอิโซ) เป็นหนึ่งในวัสดุกันความร้อนที่ได้รับความนิยมมากที่สุด มีประสิทธิภาพในการใช้พลังงานสูง และสามารถนำไปใช้งานได้อย่างหลากหลายทั่วโลก โฟมชนิดนี้สามารถช่วยลดค่าใช้จ่ายด้านพลังงานได้อย่างมาก ในขณะเดียวกันก็ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพและความสะดวกสบายของอาคารทั้งในภาคธุรกิจและที่อยู่อาศัย ตามข้อมูลจากกระทรวงพลังงานสหรัฐฯ การทำความร้อนและการทำความเย็นคิดเป็นประมาณ 56 เปอร์เซ็นต์ของการใช้พลังงานในบ้านเรือนแบบทั่วไปของสหรัฐฯ ซึ่งถือเป็นค่าใช้จ่ายพลังงานที่ใหญ่ที่สุดในบ้านเรือนส่วนใหญ่ เพื่อรักษาอุณหภูมิให้คงที่และลดระดับเสียงรบกวนในที่อยู่อาศัยและอาคารสำนักงาน ผู้สร้างอาคารจึงหันมาใช้โฟมโพลียูรีเทนและโพลีไอโซไซยานูเรตชนิดแข็ง วัสดุโฟมเหล่านี้เป็นวัสดุกันความร้อนที่มีประสิทธิภาพ สามารถนำไปใช้ได้กับการกันความร้อนบนหลังคาและผนัง หน้าต่างที่มีฉนวนกันความร้อน ประตู และสารซีลกันอากาศ

✦ Coatings, Adhesives, Sealants and Elastomers (CASE)
การใช้โพลียูรีเทนในตลาดสีเคลือบ สารยึดติด สารซีลกันน้ำ และอีลาสโตเมอร์ (CASE) มีขอบเขตการประยุกต์ใช้และประโยชน์ที่หลากหลายและเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง สีเคลือบที่ทำจากโพลียูรีเทนสามารถช่วยเพิ่มความสวยงามให้กับผลิตภัณฑ์และยืดอายุการใช้งานของผลิตภัณฑ์ได้ สารยึดติดที่ทำจากโพลียูรีเทนมอบคุณสมบัติในการยึดเหนียวแน่น ในขณะที่สารซีลกันน้ำจากโพลียูรีเทนให้การป้องกันการรั่วซึมที่แน่นหนา อีลาสโตเมอร์จากโพลียูรีเทนสามารถขึ้นรูปเป็นรูปร่างเกือบทุกแบบ มีน้ำหนักเบากว่าโลหะ มีความสามารถในการคืนตัวภายใต้แรงกดดันได้ดีเยี่ยม และสามารถทนต่อสภาพแวดล้อมหลายประเภท

✦ Thermoplastic Polyurethane (TPU)
เทอร์โมพลาสติกโพลียูรีเทน (TPU) มีคุณสมบัติทางกายภาพหลากหลายประการและการใช้งานที่สามารถแปรรูปได้หลากหลายประเภท มีความยืดหยุ่นสูง เหนียว และทนทานต่อการสึกกร่อน แรงกระแทก และสภาพอากาศ TPU สามารถให้สีหรือผลิตด้วยวิธีการที่หลากหลาย และสามารถเพิ่มความทนทานโดยรวมของผลิตภัณฑ์ TPU เป็นอีลาสโตเมอร์ชนิดเทอร์โมพลาสติกที่สามารถนำกลับมาหลอมใหม่ได้ทั้งหมด เช่นเดียวกับเทอร์โมพลาสติกอีลาสโตเมอร์ทั่วไป TPU มีความยืดหยุ่นและสามารถแปรรูปด้วยการหลอมละลาย นอกจากนี้ ยังสามารถนำไปใช้ในกระบวนการอัดรีด ฉีดขึ้นรูป อัดเป่า และอัดขึ้นรูปแบบคอมเพรสชันได้ รวมถึงสามารถขึ้นรูปด้วยเครื่องดูดสูญญากาศหรือเคลือบด้วยสารละลาย และเหมาะสำหรับหลากหลายวิธีการผลิต TPU สามารถให้คุณสมบัติทางกายภาพที่ผสมผสานกันได้หลากหลาย ทำให้มันเป็นวัสดุที่มีความยืดหยุ่นสูงและสามารถนำไปใช้ได้หลากหลาย เช่น ในงานก่อสร้าง ยานยนต์ และเครื่องแต่งกาย

✦ Reaction Injection Molding (RIM)
กันชนรถยนต์, แผงครอบเครื่องจักรไฟฟ้า และกล่องหุ้มอุปกรณ์คอมพิวเตอร์และโทรคมนาคม คือส่วนหนึ่งของชิ้นส่วนที่ผลิตจากโพลียูรีเทนโดยใช้กระบวนการฉีดขึ้นรูปปฏิกิริยา (RIM) ซึ่งเพิ่มความยืดหยุ่นในการออกแบบ กระบวนการทำให้เกิดโพลียูรีเทนแบบ RIM นี้จะผลิตชิ้นส่วนที่ปกติแล้วไม่สามารถทำได้ เป็นไปได้ ด้วยกระบวนการฉีดขึ้นรูปทั่วไป เช่น ชิ้นส่วนที่มีผนังหนาและผนังบาง, ชิ้นส่วนที่มีแกนกลางถูกล้อมรอบและแกนโฟม อีกทั้งยังมีความแข็งแรงสูงและน้ำหนักเบา ชิ้นส่วนโพลียูรีเทนแบบ RIM ยังสามารถทนความร้อน, เป็นฉนวนกันความร้อน, มีเสถียรภาพทางมิติ และมีคุณสมบัติเชิงพลศาสตร์ในระดับสูง อุตสาหกรรมที่ใช้เทคโนโลยี RIM มีอาทิ ยานยนต์, การก่อสร้าง, เครื่องใช้ไฟฟ้า, เฟอร์นิเจอร์, สินค้าเพื่อการพักผ่อนและกีฬา รวมถึงสาขาการใช้งานอื่นๆ

✦ Binders
พอลิยูรีเทนไบดเดอร์ถูกใช้เพื่อเชื่อมยึดอนุภาคและเส้นใยหลายประเภทเข้าด้วยกัน พื้นที่การใช้งานหลักคือในกระบวนการผลิตแผ่นไม้ พื้นผิวจากยางหรืออีลาสโตเมอร์ และการหล่อทรายสำหรับอุตสาหกรรมโรงหล่อ แอปพลิเคชันที่มีปริมาณการใช้มากที่สุดสำหรับพอลิยูรีเทนไบดเดอร์คือในการผลิตแผ่นไม้อัดแบบออริเอนเต็ดสแตรนด์ (OSB) แผ่นไม้เหล่านี้ถูกนำมาใช้ในงานโครงสร้าง เช่น การทำแผ่นปิดผนัง พื้นบ้านสำเร็จรูป คานและเสา และแผ่นสำหรับโรงงานผลิต ในกระบวนการผลิตพรมรองใต้แบบรีบอนด์จะใช้พอลิยูรีเทนไบดเดอร์เพื่อเชื่อมยึดเศษโฟมเข้าด้วยกัน โดยทั่วไปมักเป็นโฟมพอลิยูรีเทนชนิดยืดหยุ่น

✦ สารกระจายตัวของพอลิยูรีเทนในน้ำ (PUDs)
การกระจายตัวของโพลียูรีเทนที่ละลายน้ำ (PUDs) เป็นสารเคลือบและกาวที่ใช้น้ำเป็นตัวทำละลายหลัก ด้วยข้อกำหนดทางกฎหมายของรัฐบาลกลางที่เพิ่มมากขึ้นเกี่ยวกับปริมาณสารประกอบอินทรีย์ระเหยง่าย (VOCs) และมลพิษทางอากาศที่เป็นอันตราย (HAPs) ที่สามารถปล่อยสู่บรรยากาศได้ PUDs จึงถูกนำไปใช้ในงานอุตสาหกรรมและการค้ามากยิ่งขึ้น

การประยุกต์ใช้งานโพลียูรีเทน:

✦ เครื่องแต่งกาย
เมื่อนักวิทยาศาสตร์ค้นพบว่าโพลียูรีเทนสามารถผลิตเป็นเส้นใยละเอียด จึงได้มีการนำมารวมกับไนลอนเพื่อผลิตเสื้อผ้าที่มีน้ำหนักเบาและยืดหยุ่นได้ดีขึ้น ตลอดหลายปีที่ผ่านมา โพลียูรีเทนได้รับการพัฒนาปรับปรุงจนกลายเป็นเส้นใยสแปนเด็กซ์ (spandex fibers) สารเคลือบโพลียูรีเทน และเทอร์โมพลาสติกอีลาสโตเมอร์ (thermoplastic elastomers) เนื่องจากความก้าวหน้าในเทคโนโลยีการผลิตโพลียูรีเทนในปัจจุบัน ผู้ผลิตจึงสามารถสร้างเสื้อผ้าจากโพลียูรีเทนหลากหลายชนิด เช่น หนังและหนังเทียมสังเคราะห์ที่ใช้สำหรับทำเสื้อผ้า เครื่องแต่งกายกีฬา และอุปกรณ์เสริมต่าง ๆ

✦ อุปกรณ์
โพลียูรีเทนเป็นองค์ประกอบที่สำคัญในเครื่องใช้ไฟฟ้าขนาดใหญ่ที่ผู้บริโภคใช้งานในชีวิตประจำวัน การใช้งานที่พบบ่อยที่สุดของโพลียูรีเทนในเครื่องใช้ไฟฟ้าขนาดใหญ่คือโฟมแข็งสำหรับระบบฉนวนกันความร้อนของตู้เย็นและตู้แช่แข็ง โฟมโพลียูรีเทนแข็งเป็นวัสดุที่จำเป็นและให้ประสิทธิภาพด้านต้นทุนซึ่งสามารถนำมาใช้เพื่อให้บรรลุมาตรฐานการประหยัดพลังงานที่กำหนดไว้สำหรับตู้เย็นและตู้แช่แข็งสำหรับผู้บริโภค คุณสมบัติในการกันความร้อนที่ดีของโฟมโพลียูรีเทนแข็งเกิดจากโครงสร้างของเซลล์ปิดละเอียดและการมีก๊าซภายในเซลล์ที่ช่วยลดการถ่ายเทความร้อน

✦ ยานยนต์
โพลียูรีเทนมีการใช้งานตลอดทั้งรถยนต์ นอกเหนือจากโฟมที่ทำให้เบาะรถมีความสะดวกสบายแล้ว พาร์ตันหน้าหลัง แผงเพดานด้านใน ส่วนตัวถังรถ สปอยเลอร์ ประตู และหน้าต่าง ต่างก็ใช้โพลียูรีเทนเช่นกัน โพลียูรีเทนยังช่วยให้ผู้ผลิตสามารถมอบระยะทางการขับขี่ที่มากขึ้นให้กับผู้ขับขี่และผู้โดยสารได้อย่างมีนัยสำคัญ โดยการลดน้ำหนัก เพิ่มประสิทธิภาพการประหยัดเชื้อเพลิง เพิ่มความสะดวกสบาย ทนต่อการกัดกร่อน มีคุณสมบัติในการกันความร้อนและดูดซับเสียง

✦ อาคารและการก่อสร้าง
บ้านในปัจจุบันต้องการวัสดุที่มีสมรรถนะสูง ซึ่งมีความแข็งแรงแต่เบา มีประสิทธิภาพในการใช้งานได้ดี แต่ติดตั้งง่าย และมีความทนทานแม้กระทั่งยังคงความหลากหลายในการใช้งาน โพลียูรีเทนช่วยอนุรักษ์ทรัพยากรธรรมชาติ และช่วยปกป้องสิ่งแวดล้อมโดยการลดการใช้พลังงาน ด้วยอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักที่ยอดเยี่ยม คุณสมบัติในการกันความร้อน ความทนทาน และความหลากหลายในการใช้งาน ทำให้วัสดุโพลียูรีเทนมักถูกนำมาใช้ในงานก่อสร้างอาคารและโครงสร้างต่าง ๆ ความคุ้มค่าของวัสดุที่หลากหลายเหล่านี้ รวมถึงความสะดวกสบายที่มอบให้แก่เจ้าของบ้าน ทำให้ส่วนประกอบจากโพลียูรีเทนกลายเป็นส่วนหนึ่งของบ้านทั่วไปในทุกแห่ง โพลียูรีเทนถูกใช้ทั่วทั้งบ้าน ไม่ว่าจะเป็นพื้นที่พรมที่มีแผ่นโฟมยืดหยุ่นคอยรองรับ ในหลังคา แผ่นพลาสติกสะท้อนแสงที่เคลือบทับบนโฟมโพลียูรีเทนสามารถสะท้อนแสงแดดและความร้อนออกไป ช่วยให้บ้านเย็นสบายพร้อมทั้งลดการใช้พลังงาน วัสดุก่อสร้างจากโพลียูรีเทนยังเพิ่มความยืดหยุ่นในการออกแบบบ้านใหม่หรือปรับปรุงโครงสร้างเดิม แผงผนังแบบโฟมคอร์ (Foam-core panels) มีให้เลือกหลายสีและหลายรูปแบบสำหรับผนังและหลังคา ในขณะที่ประตูทางเข้าและประตูโรงรถแบบโฟมคอร์ก็มีให้เลือกหลายแบบเช่นกัน

✦ Composite wood
โพลียูรีเทนมีบทบาทสำคัญในวัสดุสมัยใหม่ เช่น ไม้คอมโพสิต สารยึดเกาะที่ทำจากโพลียูรีเทนมักใช้ในผลิตภัณฑ์ไม้คอมโพสิตเพื่อเชื่อมติดวัสดุอินทรีย์เข้าด้วยกันอย่างถาวรในแผ่นไม้ ориเอ็นท์ Strand Board), แผ่นไฟเบอร์บอร์ดความหนาแน่นปานกลาง (Medium-Density Fiberboard), แผ่นไม้ชิ้นยาว (Long-Strand Lumber), แผ่นไม้อัดประสาน (Laminated-Veneer Lumber) และแม้กระทั่งแผ่นกระดานฟาง (Strawboard) และแผ่นไม้อัด (Particleboard)

✦ อิเล็กทรอนิกส์
โพลียูรีเทนแบบไม่เป็นโฟมมักเรียกกันว่า "สารเคลือบป้องกัน" โดยมักใช้ในอุตสาหกรรมไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์เพื่อทำการเคลือบกันน้ำ กันความชื้น และปกป้ององค์ประกอบไมโครอิเล็กทรอนิกส์ที่เปราะบางและไวต่อแรงกดดัน รวมถึงสายเคเบิลใต้น้ำและแผงวงจรอิเล็กทรอนิกส์ (PCB) สารเคลือบป้องกันที่ทำจากโพลียูรีเทนนี้ได้รับการพัฒนาสูตรผสมโดยผู้เชี่ยวชาญ เพื่อให้มีคุณสมบัติทางกายภาพ ความร้อน และทางไฟฟ้าหลากหลาย สารเหล่านี้สามารถปกป้องอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ได้ดีเยี่ยม เนื่องจากมีคุณสมบัติในการกันไฟฟ้าและการยึดเกาะที่ยอดเยี่ยม รวมถึงมีความทนทานต่อสารเคมี น้ำ และอุณหภูมิที่รุนแรงเป็นพิเศษ

✦ พื้น
ไม่ว่าจะเป็นการใช้เป็นแผ่นรองกันกระแทกแบบโฟม หรือใช้เป็นชั้นเคลือบด้านบน พอลิยูรีเทนสามารถทำให้พื้นผิวที่เราเดินเหยียบทุกวันมีความทนทานมากขึ้น ทำความสะอาดง่ายขึ้น และสวยงามมากยิ่งขึ้น การใช้โฟมพอลิยูรีเทนยืดหยุ่นเป็นแผ่นรองพรมในงานสำหรับที่อยู่อาศัยหรือเชิงพาณิชย์ สามารถยืดอายุการใช้งานของพรมได้อย่างมาก ปกป้องสภาพแวดล้อมของพรม ให้ความสะดวกสบายและการรองรับที่เพิ่มขึ้น รวมถึงลดเสียงรบกวนโดยรอบได้อีกด้วย พอลิยูรีเทนยังถูกนำไปใช้ในการเคลือบพื้นตั้งแต่พื้นไม้และพื้นปาร์เก้ไปจนถึงพื้นซีเมนต์ ชั้นเคลือบป้องกันนี้มีความต้านทานต่อการสึกกร่อนและสารเคมี ทำความสะอาดง่ายและบำรุงรักษาง่าย เมื่อใช้เคลือบพื้นด้วยพอลิยูรีเทน พื้นไม้ใหม่ ปาร์เก้ หรือพื้นซีเมนต์จะคงทนและใช้งานได้นานขึ้น ในขณะที่พื้นเก่าสามารถปรับปรุงใหม่ให้ดูเหมือนพื้นใหม่ได้อีกครั้ง

✦ เฟอร์นิเจอร์
โพลียูรีเทนส่วนใหญ่ในรูปแบบของโฟมยืดหยุ่น เป็นหนึ่งในวัสดุที่ได้รับความนิยมมากที่สุดที่ใช้ในเฟอร์นิเจอร์ตกแต่งบ้าน เช่น โต๊ะเก้าอี้ เครื่องนอน และพรมรองพื้น โฟมโพลียูรีเทนชนิดยืดหยุ่นทำหน้าที่เป็นวัสดุสำหรับการบุเฟอร์นิเจอร์ เพื่อช่วยให้เฟอร์นิเจอร์มีความทนทาน สบาย และให้การรองรับที่ดีขึ้น

✦ ทะเล
ชาวอเมริกันหลายล้านคนเพลิดเพลินกับการล่องเรือทุกปี ส่วนหนึ่งที่ทำให้การล่องเรือยังคงได้รับความนิยมมาอย่างยาวนาน มาจากความก้าวหน้าในเทคโนโลยีการผลิตเรือ ซึ่งวัสดุโพลียูรีเทนมีส่วนช่วยสำคัญ สารเรซินอีพ็อกซีโพลียูรีเทนช่วยป้องกันการรั่วซึมของน้ำ อากาศ และปัจจัยที่ก่อให้เกิดการกัดกร่อน ลดผลกระทบจากแรงต้านน้ำและปรับปรุงสมบัติทางไฮโดรไดนามิกส์ รวมถึงเพิ่มความทนทานของเรือ ในปัจจุบันผู้ใช้เรือสามารถมีความสะดวกสบายเหมือนอยู่บ้านบนผิวน้ำได้ ด้วยส่วนช่วยของโฟมโพลียูรีเทนแบบยืดหยุ่น นอกจากนี้ โฟมโพลียูรีเทนแบบแข็งยังช่วยลดเสียงรบกวนและควบคุมอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงอย่างรุนแรง มีความทนทานต่อการขีดข่วนและการฉีกขาด เพิ่มความสามารถในการรับน้ำหนักโดยแทบไม่เพิ่มน้ำหนักของตัวเรือเลย อีกทั้งเทอร์โมพลาสติกโพลียูรีเทนยังเหมาะสำหรับใช้ในอุตสาหกรรมทางทะเล เนื่องจากมีความยืดหยุ่น ทนทาน และเป็นวัสดุที่แปรรูปได้ง่าย เหมาะสำหรับนำไปใช้ทำฉนวนเคลือบสายไฟและสายเคเบิล ท่อสำหรับเครื่องยนต์ เข็มขัดขับเคลื่อน ท่อยางไฮดรอลิกและซีลกันน้ำ รวมไปถึงแม้แต่แบบหล่อสำหรับเรือ

✦ การแพทย์
โพลียูรีเทนถูกนำมาใช้ในทางการแพทย์อย่างแพร่หลาย เช่น สายสวนและท่อทั่วไปสำหรับใช้ในโรงพยาบาล เครื่องนอนในโรงพยาบาล ผ้าคลุมสำหรับการผ่าตัด ผ้าพันแผล และอุปกรณ์ที่ผลิตด้วยการฉีดขึ้นรูปหลากหลายชนิด โดยส่วนใหญ่มักใช้ในทางการแพทย์ระยะสั้น การใช้โพลียูรีเทนในงานด้านการแพทย์สามารถช่วยลดต้นทุน ให้ความทนทาน และความแข็งแรงได้ดียิ่งขึ้น

✦ บรรจุภัณฑ์
โฟมบรรจุภัณฑ์โพลียูรีเทน (PPF) สามารถเป็นตัวเลือกที่ประหยัดกว่า ให้การรองรับที่กระชับแนบสนิท เพื่อปกป้องสินค้าที่ต้องการคงสภาพไว้อย่างปลอดภัยระหว่างการขนส่ง PPF ถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในการขนย้ายสินค้า เช่น อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เครื่องมือวินิจฉัยทางการแพทย์ ภาชนะแก้วเปราะ และชิ้นส่วนอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ เป็นทางแก้ไขที่หลากหลายและสามารถทำได้ในสถานที่จริงเพื่อแก้ปัญหาด้านบรรจุภัณฑ์มากมาย ซึ่งสามารถประหยัดเวลาและลดต้นทุนได้ดีกว่า เนื่องจากสามารถสร้างบรรจุภัณฑ์ที่เหมาะสมกับสินค้าแต่ละชิ้นในทุกการจัดส่ง