فوم پلی اورتان

فوم پلی اورتان یک فوم پلیمری جامد بر پایه شیمی پلی اورتان است. فوم‌های پلی اورتان به عنوان یک ماده مصنوعی تخصصی با کاربردهای بسیار متنوع، در درجه اول برای عایق حرارتی و به عنوان ماده بالشتک در تشک‌ها، مبلمان روکش‌دار یا به عنوان صندلی در وسایل نقلیه استفاده می‌شوند. چگالی کم و رسانایی حرارتی آن همراه با خواص مکانیکی‌اش، آنها را به عایق‌های حرارتی و صوتی عالی و همچنین مواد ساختاری و راحتی تبدیل می‌کند. فوم‌های پلی‌یورتان پلیمرهای ترموست هستند . آنها را نمی‌توان پس از تشکیل اولیه ذوب و تغییر شکل داد، زیرا پیوندهای شیمیایی بین مولکول‌های این ماده بسیار قوی هستند و با گرم شدن شکسته نمی‌شوند. پس از پخت و خنک شدن، ماده شکل و خواص خود را حفظ می‌کند. طبقه بندی فوم های پلی اورتان فوم‌های پلی‌یورتان پرکاربردترین نمونه فوم‌های ترموست هستند. بسته به ساختار سلولی‌شان، می‌توان آن‌ها را به فوم‌های سلول باز یا سلول بسته طبقه‌بندی کرد. با نگاهی به خواص مکانیکی، دو نوع اصلی فوم پلی‌یورتان وجود دارد؛ فوم‌های انعطاف‌پذیر (نرم) و فوم‌های سفت (سخت).به طور کلی، فوم‌های پلی‌یورتان انعطاف‌پذیر دارای ساختار سلول باز هستند که در آن منافذ به هم پیوسته، اندازه کوچکتر و شکل نامنظمی دارند. برخلاف فوم‌های پلی‌یورتان سفت که ساختار سلول بسته دارند و منافذ به هم پیوسته نیستند. سهم بازار بین این دو نوع تا حد زیادی برابر است. فناوری‌های فرآوری مختلفی در تولید فوم‌های پلی‌یورتان وجود دارد. بسته به خواص کاربرد نهایی، دو روشی که اغلب در تولید در مقیاس بزرگ استفاده می‌شوند، قالب‌گیری و فوم‌سازی بلوکی (slabstock) هستند. در کنار این‌ها، انواع برجسته دیگر شامل فوم پرکننده حفره (مثلاً پرکننده‌های خودرو که برای عایق صوتی استفاده می‌شوند) و فوم اسپری (مثلاً عایق حرارتی سقف) هستند. این فوم‌ها به عنوان فوم‌های نیمه انعطاف‌پذیر در پشت پوشش‌های مناسب شناخته می‌شوند. فوم پلی اورتان انعطاف پذیر فوم پلی اورتان انعطاف‌پذیر (FPUF) از واکنش پلی‌ال‌ها و ایزوسیانات‌ها تولید می‌شود ، فرآیندی که در سال 1937 ابداع شد. [ 7 ] بسته به کاربردی که فوم برای آن استفاده خواهد شد، مجموعه‌ای از افزودنی‌ها برای تولید محصولات فوم PU با کیفیت بالا ضروری هستند. FPUF یک ماده همه‌کاره است که می‌تواند برای نمایش خواص مختلف تنظیم شود. این ماده امکان فشرده‌سازی، تحمل بار و انعطاف‌پذیری برتر را فراهم می‌کند که اثر ضربه‌گیری را ایجاد می‌کند. به دلیل این خاصیت، سبکی و فرآیند تولید کارآمد، اغلب در مبلمان، کالای خواب، صندلی خودرو، تجهیزات ورزشی، بسته‌بندی، کفش و فرش استفاده می‌شود. فوم‌های پلی‌یورتان انعطاف‌پذیر با حجم بالای منافذ باز، به عنوان یک ماده‌ی مؤثر در جذب صدا بسیار مورد توجه قرار گرفته‌اند و به طور گسترده به عنوان عایق صوتی در بخش‌های مختلف، از ساخت و ساز گرفته تا حمل و نقل، مورد استفاده قرار می‌گیرند. همچنین این ماده بسیار مقاوم است که با گذشت زمان دچار زوال نمی‌شود و طول عمر آن معمولاً با طول عمر کاربردی که در آن استفاده می‌شود، مرتبط است. انواع فوم‌های پلی‌یورتان انعطاف‌پذیر بر اساس فناوری ساخت فوم‌های پلی‌یورتان انعطاف‌پذیر را می‌توان از طریق فرآیند تولید یا قالب‌گیری پیوسته (slab-stock) تولید کرد. در فرآیند پیوسته، مواد مخلوط شده روی تسمه نقاله ریخته می‌شوند. واکنش شیمیایی فوراً رخ می‌دهد و باعث می‌شود فوم در عرض چند ثانیه بالا بیاید و سپس جامد شود. در تئوری، بلوک‌های فومی به طول چندین کیلومتر می‌توانند از این طریق تولید شوند. در واقعیت، بلوک‌های فومی معمولاً به طول بین 15 تا 120 متر برش داده می‌شوند، پخته می‌شوند و برای پردازش بیشتر ذخیره می‌شوند. برخلاف فوم اسلب‌استاک، تولید فوم قالب‌گیری شده یک فرآیند ناپیوسته است. محصولات فوم قالب‌گیری شده با تزریق مخلوط فوم به قالب‌ها، یکی‌یکی ساخته می‌شوند. وقتی فوم بالا می‌آید و منبسط می‌شود، کل فضای قالب را اشغال می‌کند. تقریباً فوراً جامد می‌شود و سپس می‌توان قطعه تولید شده را به صورت مکانیکی یا دستی از قالب خارج کرد. این بزرگترین مزیت فوم‌های پلی‌یورتان قالب‌گیری شده است - آنها را می‌توان به شکل‌های دلخواه قالب‌گیری کرد و نیاز به برش را از بین برد و بخش‌های زائد را کاهش داد. آنها را می‌توان با چندین ناحیه سختی و با تقویت‌کننده‌ها برای مونتاژ آسان‌تر تولید کرد. به همین دلیل است که فناوری فوم قالب‌گیری شده به طور گسترده در تولید کوسن‌های صندلی مورد استفاده در صنایع حمل و نقل استفاده می‌شود. بر اساس فرآیند تولید، انواع دیگر فوم‌های پلی‌یورتان انعطاف‌پذیر ممکن است شامل فوم‌های پلی‌یورتان بازپیوندی (یا بازیافتی)، مشبک و اکستیک باشند. پایداری فوم‌های پلی‌یورتان انعطاف‌پذیر از زمان اختراع شیمی پلی اورتان، نوآوری‌های مداومی در این صنعت وجود داشته است که ناشی از نیاز به کاهش سمیت مواد شیمیایی مورد استفاده در فرآیندهای تولید است. برخی از نمونه‌ها شامل کاهش انتشار ترکیبات آلی فرار یا استفاده از عوامل پف دهنده با پتانسیل گرمایش جهانی (GYP) و همچنین پتانسیل تخریب ازن (ODD) پایین‌تر است. در دهه‌های اخیر، تمرکز اصلی صنعت PUFF بهبود تأثیر زیست‌محیطی محصولات و فرآیندهای آن بوده است. تجزیه و تحلیل گهواره تا دروازه فوم PU انعطاف‌پذیر (TDI slab stock) نشان می‌دهد که (تا کنون) بیشترین تأثیر بر چرخه عمر فوم‌های PU به دلیل استخراج و تولید مواد اولیه است. بسته به پارامترها، این مواد حدود 90٪ از کل انتشار گازهای گلخانه‌ای (CHG) را تشکیل می‌دهند. به طور سنتی تقریباً تمام مواد اولیه مورد استفاده برای تولید فوم انعطاف‌پذیر پلی‌یورتان منشأ فسیلی داشته‌اند. امروزه، می‌توان فوم‌های انعطاف‌پذیر پلی‌یورتان را از منابع جایگزین و غیرفسیلی ساخت و در نتیجه اثرات زیست‌محیطی آن را به طور قابل توجهی بهبود بخشید. این مواد شامل پلی‌یول‌های زیستی، پلی‌یول‌های بازیافتی و پلی‌یول‌های مبتنی بر CO2 هستند . از آنجایی که فوم پلی اورتان یک پلیمر ترموست است، نمی‌توان آن را در پایان عمر مفیدش ذوب کرد تا محصولات جدیدی تولید شود. برای محصولات حاوی فوم پلی اورتان، فناوری‌های بازیافت مختلفی در دسترس هستند که امروزه به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند: بازیافت فیزیکی (یا مکانیکی) . بازیافت فیزیکی، خواص فیزیکی ماده را به شکلی مناسب‌تر برای پردازش بیشتر تغییر می‌دهد. با این فرآیند بازیافت، ترکیب شیمیایی ماده PU تغییر نمی‌کند. رایج‌ترین روش، ریباندینگ (rebranding) نام دارد که در آن فوم انعطاف‌پذیر PU (فوم‌های تولید و فوم‌های پایان عمر) به فوم‌های تزئینی (foam flocks) تبدیل می‌شود که به نوبه خود می‌تواند به فوم ریباندینگ تبدیل شود که در محصولاتی مانند: مانند زیرسازی فرش، تشک‌های ورزشی، عایق صوتی و همچنین تشک‌ها و بالشتک‌های مبلمان استفاده می‌شود. انواع دیگر بازیافت مکانیکی فوم PU شامل آسیاب مجدد (پودر کردن)، قالب‌گیری فشاری و پرس چسبی ضایعات پودری PU است.به عنوان مثال، ریباندینگ شامل خرد کردن مواد PU به پودر ریز و مخلوط کردن آن به عنوان پرکننده با یک جزء پلی‌یول برای ساخت فوم‌های PU جدید است بازیافت شیمیایی (یا دپلیمریزاسیون). روش‌های بازیافت شیمیایی بر بازیابی مونومرها متمرکز هستند که می‌توانند برای سنتز پلیمرهای جدید استفاده شوند. ترکیب شیمیایی فوم پلی اورتان ضایعاتی با تجزیه و اصلاح پیوندهای هدفمند تغییر می‌کند تا مواد اولیه اصلی بازیابی شوند. فوم پلی اورتان انعطاف‌پذیر به مواد اولیه شیمیایی تشکیل‌دهنده خاص خود تجزیه می‌شود که می‌توانند دوباره برای ساخت فوم جدید استفاده شوند. این فناوری از سال 2013 در مقیاس صنعتی (در اروپا) برای فوم پلی اورتان انعطاف‌پذیر پساصنعتی مورد استفاده قرار گرفته است. فناوری‌های دپلیمریزاسیون که بر اساس ماده پایه مورد استفاده برای حل کردن فوم پلی اورتان متمایز می‌شوند، شامل هیدرولیز، آمینولیز، الکل‌کافت و گلیکولیز می‌شوند. بازیابی مواد اولیه (یا ترموشیمیایی). بازیافت مواد اولیه شامل پردازش حرارتی (اغلب) مواد زائد مخلوط (که PU می‌تواند یکی از اجزای آن باشد)، تجزیه آنها در سطح مولکولی و بازیابی سنتز ( گاز سنتز ) و گاز سوختی است - محصولاتی که می‌توانند به عنوان مواد اولیه جدید برای صنعت پتروشیمی مورد استفاده قرار گیرند.برای محاسبه مواد بازیافتی، به حسابداری موازنه جرم نیاز است. برای کاربردهایی که جداسازی آنها بسیار دشوار است یا برای بازیافت بسیار آلوده هستند، بازیافت ترموشیمیایی بهترین گزینه است. این فناوری به طور خاص امکان تولید مواد اولیه جدید "معادل بکر" را فراهم می‌کند که به طور خاص برای تولید کاربردهایی که نیاز به رعایت الزامات سختگیرانه دارند، مانند صنعت خودرو، مناسب هستند. امروزه در سطح جهانی، رایج‌ترین روش‌های مدیریت پسماند ، دفن زباله و بازیابی انرژی هستند . این روش‌ها فقط باید زمانی استفاده شوند که روش‌های بازیافت در دسترس یا مقرون‌به‌صرفه نباشند. فرآیندهای بازیابی انرژی شامل احتراق، سوزاندن و تخریب حرارتی PU است. فوم‌های پلی اورتان سفت و سخت فوم پلی اورتان سفت و سخت خواص مطلوب بسیاری دارد که باعث افزایش استفاده از آن در کاربردهای مختلف شده است، که برخی از آنها بسیار مورد نیاز هستند. این خواص شامل رسانایی حرارتی پایین است که آن را به عنوان عایق مفید می‌کند. همچنین در مقایسه با فلزات و سایر مواد چگالی کمی دارد و همچنین پایداری ابعادی خوبی دارد. فلز در اثر حرارت منبسط می‌شود در حالی که فوم پلی اورتان سفت و سخت اینگونه نیست. آنها نسبت استحکام به وزن بسیار خوبی دارند. مانند بسیاری از کاربردها، روندی برای ساخت فوم پلی اورتان سفت و سخت از مواد اولیه تجدیدپذیر به جای پلی ال‌های معمول وجود داشته است. آنها در وسایل نقلیه، هواپیماها و ساختمان‌ها در کاربردهای سازه‌ای استفاده می‌شوند.همچنین در کاربردهای ضد آتش نیز مورد استفاده قرار گرفته‌اند. شاتل‌های فضایی فوم پلی اورتان به طور گسترده برای عایق بندی مخازن سوخت در شاتل های فضایی استفاده شده است . با این حال، نیاز به کاربرد کامل دارد، زیرا هر حفره هوا، کثیفی یا یک نقطه کوچک بدون پوشش می‌تواند به دلیل شرایط شدید پرتاب ، آن را از بین ببرد . این شرایط شامل ارتعاشات شدید، اصطکاک هوا و تغییرات ناگهانی دما و فشار است. برای کاربرد کامل فوم دو مانع وجود داشته است: محدودیت‌های مربوط به پوشیدن لباس‌های محافظ و ماسک توسط کارگران و عدم توانایی آزمایش ترک‌ها قبل از پرتاب، چنین آزمایش‌هایی فقط با چشم غیرمسلح انجام می‌شود. از بین رفتن فوم باعث فاجعه شاتل فضایی کلمبیا شد . طبق گزارش حادثه کلمبیا ، مقامات ناسا در بیش از 80 درصد از 79 ماموریتی که از آنها عکس دارند، از بین رفتن فوم را مشاهده کردند. تا سال ۲۰۰۹، محققان یک فوم پلی‌آمید برتر برای عایق‌بندی مخازن سوخت برودتی قابل استفاده مجدد شاتل‌های فضایی ساختند.