چکیده
فوم پلی یورتان که یک فراورده نفتی است ، به عنوان بهترین عایق حرارتی در صنعت ساختمان کاربرد دارد، ولی به دلیل گرانی نسبی تا کنون استقبال چشمگیری در صنعت ساخت کشور از این محصول نگردیده است. در صورت معرفی و توجیه کاربرد فوم پل ییورتان و منافع اقتصادی استفاده از آن در دراز مدت می توان از آن بخوبی بهره مند گردید.
این مقاله به فوائد فوم پلی یورتان و استفاده از آن در صنعت ساختمان اشاره دارد . همچنین با تاکید بر خواص شیمیایی و فیزیکی فوم پل ییورتان به تشریح استفاده از آن به جای دوغاب ماسه سیمان در اجرای نماهای ساختمانی می شود.
1- مقدمه
با پیشرفت تکنولوژی و تاثیرپذیری صنایع مختلف از آن و تغییر در نیازهای مصرف کنندگان ، از جمله ضرورت استفاده بیشتر از فضا، افزایش سرعت ساخت و ساز، صرفه جویی در مصرف انرژی و تامین رفاه بیشتر ، و تاثیر این نیازها بر تولید ساختمان، پیوند میان علوم مختلف با صنعت ساخت و ساز افزایش یافته است . به طوریکه کمتر کسی - در روزگاری نه چندان دور- تصور می کرد که مواد شیمیایی می توانند جایگزین مصالح سنتی شوند.
در این میان پلیمرها توانسته اند طی 4 دهه ، تاثیر بسیار زیادی بر صنعت ساخت بگذارند به طوری که استفاده از این مواد به خوبی توانسته است سازندگان را در رسیدن به اهداف مهمی چون عایقکاری و سبک سازی ساختمان و افزایش سرعت ساخت کمک نماید. مواردی چون انواع عایق های حرارتی، رطوبتی و صوتی، انواع چسب ها، رزین ها، الیاف، روکش ها و کفپوش ها، قسمتی از موارد کاربرد پلیمرها در صنعت ساخت هستند.
پلی یورتان مجموعه ای از پلیمرهای بسیار مهم است که به دلیل دارا بودن خواص فیزیکی خاص ، از جمله مقاومت در مقابل پارگی و سایش، قدرت کششی و چسبندگی بالا و مقاومت خوب در مقابل روغن ها، مصارف بس یار زیادی در صنایع مختلف دارد. همچنین سایر خواص پلی یورتان مانند مقاومت بسیار زیاد در مقابل خوردگی و مقاومت عالی در برابر نفوذ حرارت، برودت، رطوبت و صدا و نیز سبک بودن و خاصیت ارتجاعی بالا باعث شده است تا از این محصول در صنایع ساختمان سازی در سراسر جهان، استفاده گسترد های شود.
در کنار تمامی ویژگی های منحصر بفرد و خواص عالی پلی یورتان ، تا کنون بدلیل گرانی این محصول - علیرغم نیاز فراوان- استقبال گسترده ای از این محصول در صنعت ساخت کشور صورت نپذیرفته است . استفاده از پلی یورتان در زمان های طولانی دارای کارائی بهتری است و در صورت استفاده از آن- با کاهش مصرف انرژی- تمامی هزینه های اولیه جبران خواهد گردید.
2- تاریخچه
اگرچه اولین واکنش های منتج به پیدایش یورتان ها به سال 1849 برمی گردد ولیکن تا سال 1937 فعالیت های خاصی در این زمینه صورت نپذیرفت. اولین مواد در سال 1941 به صورت الیاف، با نام پرلونیو 1 و ایگامیدیو 2 در کشور آلمان به بازار عرضه گشت و پس از آن قابلیت کاربرد یورتان ها در تهیه چسب ها، اسفنج ها، روکش ها و چرم های مصنوعی مورد توجه واقع گشت . فعالیت های موازی نیز در کشورهای انگلیس و آمریکا بین سال های 1941 تا 1958 ، باعث به دست آمدن انواع متنوعی از محصولات یورتانی گردید . در این میان فوم های پلی یورتانی بیش از سایر محصولات مورد استفاده قرار گرفتند و کاربرد آن ها در صنایع مختلف تثبیت گشت و استفاده از آن ها به شدت افزایش یافت.
3- فوم های پلی یورتان
به طور کلی فوم های پلی یورتان را می توان به 3 دسته کلی فوم های نرم، فوم های نیمه نرم و سخت تقسیم بندی نمود.
-1-3
فوم های نرم
وند / 0تا 80 / فوم های نرم پلی یورتان فوم هایی با سلول باز هستند که هوا به راحتی از داخل آن ها عبور می کند و دانسیته آن ها در محدوده 93 بر اینچ مکعب 3 می باشد. از نظر خواص فیزیکی و مکانیکی، استحکام کششی و ازدیاد طول بهتری از خود نشان می دهند.
این فوم ها دارای خواص عالی جذب صوت و ضریب هدایت حرارت پایین هستند و در برابر اغلب حلال ها مقاومت خوبی دارند. در صورتی که در معرض اشعه ماوراء بنفش قرار گیرند به سرعت رنگ خود را از دست می دهند. همچنین در برابر اسید ها و بازهای قوی مقاومت ضعیفی دارند.
مقاومت توانی آن ها 4 پایین است و با اعمال فشار در شرایط دمایی خاص تغییر شکل های ماندگار از خود نشان م یدهند.
-2-3 فوم های نیمه نرم
فوم های نیمه نرم از ترکیب مناسب پلی استر و ایزوسیانات ها ساخته می شوند. در این فوم ها مانند فوم های نرم با تغییر در فرمولاسیون، تغییرات قابل ملاحظه ای در سختی و سایر خواص حاصل می گردد. اگر چه این مواد جاذب آب هستند ولیکن رطوبت هوا را جذب نمی کنند.
-3-3 فوم های سخت
فوم های سخت پلی یورتان در سال 1940 به میزان کم در ساختارهای ساندویچی به کار رفتند ولی در سال 1960 توسعه واقعی تولید و مصرف فوم های سخت پلی یورتان تحت تاثیر دو عامل زیر تشدید شد.
- استفاده از مونوفلوئوروتری به عنوان عامل پف زا.
- استفاده از
MDI
پلیمری که علاوه بر بهبود خواص باعث ساده شدن فرآیند گشت.
ضریب هدایت حرارتی فوم های سخت پلی یورتان از تمام فوم های پلیمری دیگر کمتر است و همین امر باعث شده است که از فوم های سخت پلی یورتان برای کاربردهای عایق بیشتر استفاده گردد.
اجزای فرمولاسیون پلی یورتان
یک سیستم واکنش فوم پلی یورتان از اجزای مختلف پل یال و ایزوسیانات تشکیل می گردد.
همچنین عوامل پف زا، کاهش دهنده کشش سطحی، کاتالیزور و سایر افزودنی ها، در موارد کاربردی مختلف، قابل افزودن به این فرمولاسیون هستند.
افزودنی هایی همچون مواد رنگی، پایدار کننده اشعه ماوراء بنفش، تاخیر اندازهای شعله و پرکننده ها در ترکیبات پل ییورتانی استفاده می شوند که استفاده از هر کدام باعث تغییر خواص شیمایی و فیزیکی محصول نهایی م یگردد.
-4 فرآیند فیزیکی فوم شدن
"وقتی که اجزای فرمولاسیون فوم با یکدیگر اختلاط پیدا کردند، واکنش های شیمیایی به طور هم زمان شروع می شوند و پس از گذشت زمان اندکی، رنگ سیستم در حال واکنش ، کدر می گردد. در این مرحله تشکیل حباب های گاز، با چشم قابل مشاهده است. پس از این مرحله، عمل بالا آمدن فوم شروع می گردد . با ادامه فرآیند تولید گاز، عمل انتقال مولکول های گاز تولید شده از مایع به داخل سلول های به وجود آمده صورت می پذیرد. با ادامه این فرآیند، از تعداد سلول ها کاسته شده و بر اندازه آن ها افزوده می شود." ١
-1-4 دانسیته فوم ها
"یکی از مهمترین مشخصه های هرفومی، دانسیته آن می باشد که باعث تغییر خواص فیزیکی فوم می شود. در فوم های قالبگیری شده، با توجه به ثابت بودن حجم قالب، دانسیته مواد به مقدار موادی که به داخل قالب ریخته می شود بستگی دارد. اما در روش های تولید فوم به روش غیرقالبگیری یا آزاد، پارامترهای مختلف دیگری هم بر دانسیته فوم تاثیر دارند. یکی از این پارامترها، اندازه و یکدست بودن ساختمان سلول های فوم می باشد، که این امر توسط راندمان اختلاط و هسته گذاری در مخلوط فوم کنترل می شود.
درجه حرارت مواد اولیه از دیگر پارامترهای موثر بر دانسیته فوم ها می باشد. این دما بر سرعت فوم شدن، سرعت پلیمریزاسیون و درجه حرارت نهایی واکنش موثر است. به طور کلی درجه حرارت بالای مواد اولیه باعث ایجاد فوم با دانسیته نسبتا پایین، با کمی زبری می شود.
ظرفیت تولید نیز از دو طریق بر روی دانسیته فوم موثر است . فوم های تولیدی توسط ماشین های کوچک (مثلا ظرفیت خروجی 50 کیلو پل یال در دقیقه) نسبت به فوم های تولیدی مشابه توسط ماشین های بزرگتر دارای توزیع دانسیته پهنتری هستند، به طوری که در این فوم ها دانسیته مرکز فوم نسبت به دانسیته متوسط فوم از اختلاط بیشتری برخوردار است.