پلی یورتان (صنعت خودرو)

پلی اورتان (پلی یورتان) ( خودرو)

1-مقدمه

پلی یورتان یک پلیمر رایج متشکل از واحد های آلی می باشد که توسط پیوندهای کاربامات (اورتان) در کنار یکدیگر قرار گرفته اند. بر خلاف سایر پلیمرهای ، پلی یورتان از تعداد زیادی از مواد اولیه (مونومر) تولید می شود و بنابراین یک گروه از پلیمرها است نه یک ترکیب متمایز و مولکولی یکتا. این تنوع شیمیایی امکان پلی یورتان هایی با خواص فیزیکی بسیار متفاوت را فراهم می کند. از این میان، فوم ها بزرگترین کاربرد را دارا هستند که 67 درصد از کل پلی اورتان تولید شده در سال 2016 را تشکیل می دهند. فوم های حاصل از پلی اورتان ها می توانند ویژگی های متفاوتی داشته باشند که این تفاوت علاوه بر تفاوت در مواد اولیه, می تواند در استفاده از آنها به عنوان کاتالیست در حین واکنش نیز باشد. کاتالیست‌ها به طور کل بر روی واکنش های سیستم‌های پلی اورتان تاثیرگذار هستند. علاوه بر این باعث بهبود اتصالات عرضی بین پلی ‌ال ها و ایزوسیانات ها می‌شود. برای مثال کاتالیست  STRUKSILON BD 70 کاتالیستی بسیار فعال است و از آن عمدتا در فوم انعطاف‌پذیر به منظور افزایش واکنش آب با ایزوسیانات استفاده می‌شود. با توجه به نوع و درصد ترکیب مونومر های شرکت کندده در تولید پلی اورتان ها, فرمول های پلی اورتان طیف وسیعی از استحکام و سختی و چگالی را پوشش می دهند این مواد عبارتند از:

فوم انعطاف پذیر با چگالی کم که در لوازم داخلی ، تختخواب ، صندلی های خودرو و استفاده می شود.
الاستومرهای با چگالی پایین که در کفش استفاده می شود.
پلاستیک های جامد سخت به عنوان قاب ابزار الکترونیکی و قطعات الکتریکی استفاده می شود.
پلاستیک های انعطاف پذیر به عنوان تسمه و نوار استفاده می شود.
قطعات ریخته گری و تزریقی برای بازارهای مختلف, به عنوان مثال: کشاورزی، نظامی، خودرو، صنعتی و...

2-تاریخچه

برای اولین بار در سال 1937 اوتو بایر و همکارانش در شهر لورکوزن آلمان ، پلی اورتان ها را سنتز کردند. کارهای اولیه بر تولید الیاف و فوم های انعطاف پذیر در مقیاس محدود به عنوان پوشش هواپیما در طول جنگ جهانی دوم استفاده شد. اما این محصولات در سال 1952 به طور جدی وارد بازار عامه شدند و تولید فوم پلی اورتان انعطاف پذیر در سال 1954 آغاز شد.

3-کاربردها

1-3-صنعت خودرو

پلی یورتان ها به طور گسترده در ساخت خودرو و قطعات آن استفاده می شوند و مزایای قابل توجهی را از نظر راحتی، حفاظت و صرفه جویی در انرژی ارائه می دهند. فوم‌ های پلی ‌اورتان را می‌توان در صندلی‌ ها، تکیه‌گاه ‌ها و زیرسری ‌های اکثر خودروها یافت، جایی که خاصیت بالش‌کنندگی آن‌ها به کاهش خستگی و استرس اغلب همراه با رانندگی کمک می‌کند. دوام و وزن سبک آنها، همراه با استحکام , آنها را نه تنها برای اهداف بالشتکی، بلکه در داخل بدنه خودروها نیز ایده آل می کند، جایی که خاصیت عایق بودن آنها در برابر گرما و صدای موتور محافظت می کند. از آنجایی که پلی یورتان ها بسیار قوی و سبک هستند، استفاده از آنها به این معنی است که وزن کلی خودروها کاهش می یابد و در نتیجه راندمان سوخت بیشتر و عملکرد زیست محیطی بهبود می یابد.

  2-3- مواد حجیم شونده

 جهت پر کردن فضاها و حفره ها پلی اورتان به همراه ماده ای دیگر جهت تولید گاز همزمان استفاده می شود و سریعا ماده ای حجیم مانند کف تولید و فضا ها و خلل و فرج را پر می کند تا نشتی های آب و هوا را بر طرف کند.

3-3- جلا دهنده ها و لاک ها

پلی اورتان ها می توانند به عنوان رنگ و لاک برای پوشش ها و محافظت از رطوبت یا آب بندی فرموله شوند که باعث ایجاد روکش سخت ، مقاوم در برابر سایش و با دوام می شود که برای کفپوش های چوبی بسیا رایج است. این لاک ها ممکن است فاقد درخشندگی روغن هایی مانند روغن کتان باشند. در مقابل, می تواند بسیار سریعتر لایه ی مورد نظر را ایجاد کند و برای مثال در دو لایه آنچه را که ممکن است به کاربردهای زیادی از روغن نیاز داشته باشد ، انجام دهد. برخلاف روغن های خشک کننده و آلکیدی که پس از تبخیر حلال و پس از واکنش با اکسیژن هوا ، دچار تغییر می شوند, کمترین تغییر را دارا هستند. استفاده از لاک پلی اورتان به دلیل حساسیت به خراب شدن در معرض نور ماوراء بنفش ممکن است مشکل ساز باشد. همه لاک های شفاف و یا در واقع همه روکش های پلیمری نازک (رنگ ها، اپوکسی ، پلاستیک مصنوعی و ...) در درجات مختلف مستعد این آسیب هستند. پلی اورتانها معمولاً در برابر قرار گرفتن در معرض آب ، رطوبت زیاد ، افراط دما و قارچ یا کپک مقاوم ترین هستند.

4-3- پلاستیک های انعطاف پذیر

موارد استفاده ی این نوع پلاستیک ها بسیار زیاد است, اما با توجه به آنکه می توان چند خاصیت مانند استحکام, ضد آب بودن و انعطاف پذیری را همزمان در پلی اورتان ها برخوردار بود, از این خاصیت این دسته از مواد در مواردی مانند ساعت های ضد آب, وسایل ورزشی آبی و ... استفاده می شود.

علاوه بر استفاده در صنعت و بخش های مختلف خودرو کاربردهای بسیار دیگری نیز وجود دارد. برای مثال فوم های سفت و انعطاف پذیر، رکیبات گلدان الکتریکی و الیافی مانند اسپندکس و PUL از این قبیل کاربردها هستند.

4-واکنش ها

علاقه به محصولات "سبز پایدار" باعث افزایش علاقه به پلی ال های مشتق شده از روغن های گیاهی شده است. روغن‌های مختلفی که در تهیه پلی ‌ال ‌ها برای پلی ‌اورتان ‌ها استفاده می‌شوند عبارتند از سویا، دانه پنبه، دانه چریش و کرچک. روغن‌های گیاهی به روش‌های مختلف عامل‌دار می‌شوند و به پلی ‌اترآمید، پلی ‌اتر، آلکید و غیره تغییر می ‌یابند. برخی از پلی یورتان های بیولوژیکی و بدون ایزوسیانات از واکنش بین پلی آمین ها و کربنات های حلقوی برای تولید پلی هیدروکسورتان ها استفاده می کنند.

5-روش تولید

 
پلیمرهای پلی اورتان به طور کلاسیک  از واکنش یک دی یا تری ایزوسیانات با یک پلی ال سنتز می شوند. از آنجایی که پلی یورتان ها حاوی دو نوع مونومر هستند که یکی پس از دیگری پلیمریزه می شوند، به عنوان کوپلیمرهای متناوب طبقه بندی می شوند. هم ایزوسیانات ها و هم پلی ال های مورد استفاده برای ساخت پلی یورتان ها به طور متوسط حاوی دو یا چند گروه عاملی در هر مولکول هستند.

6-تحقیقات جدید

کشاورزی شهری
امروزه تحقیقاتی بر روی استفاده از پلی اورتان ها بر روی بسترهای جدید گیاهی روف گاردن ها و وال گاردن ها شده است که هم به عنوان یکی از مصالح ساختمان و هم به عنوان یک بستر گیاهی مورد استفاده قرار می گیرد. 

7-روش نگهداری

این ماده می تواند اشتعال پذیر باشد, در نتیجه بایستی آن را به دور از گرما و نور مستقیم نگهداری نمود تا سبب اشتعال نشود.

8-ایمنی

پلی یورتان ها قابل احتراق هستند. تجزیه ناشی از آتش می تواند مقادیر قابل توجهی مونوکسید کربن و سیانید هیدروژن، علاوه بر اکسیدهای نیتروژن، ایزوسیانات ها و سایر محصولات سمی تولید کند. به دلیل اشتعال پذیری مواد، باید با مواد بازدارنده شعله (حداقل در مورد مبلمان) آمیخته شوند که تقریباً همه آنها مضر تلقی می شوند. 
مخلوط‌های رزین مایع و ایزوسیانات‌ها ممکن است حاوی اجزای خطرناک باشند. ایزوسیانات ها حساس کننده های پوستی و تنفسی شناخته شده هستند. علاوه بر این، آمین ها، گلیکول ها و فسفات موجود در فوم های پلی یورتان که به صورت اسپری مورد استفاده قرار می گیرند می تواند خطراتی را به همراه دارند.