وصف البولي يوريثان
البولي يوريثان (غالبًا ما يُختصر بـ PU، والاسم الكيميائي الكامل هو بولي كاربامات) هو فئة عالية التنوع من البوليمرات العضوية تُعرَّف بروابط يوريثان متكررة (–NHCOO–) على طول سلسلته الجزيئية الرئيسية. تم تخليقه بنجاح لأول مرة في عام 1937 من قبل الكيميائي الألماني البروفيسور أوتو باير عبر تفاعل بلمرة إضافية قياسي بين ثنائي الإيزوسيانات ومركبات ثنائية الوظيفة تحتوي على الهيدروكسيل (مثل الجليكولات أو البولي إيثر أو بوليولات البولي إستر)، مما يمثل الميلاد الرسمي لهذه العائلة من المواد.
على عكس البوليمرات التقليدية أحادية المونومر، لا يمتلك البولي يوريثان "مونومر يوريثان" مستقلًا — إذ يمكن ضبط خصائصه النهائية وشكله وسيناريوهات تطبيقه بدقة عبر نطاق واسع للغاية من خلال تعديل أنواع المواد الخام ونسبها وأوزانها الجزيئية، مما يجعله أحد أكثر البلاستيكات الهندسية قابلية للتكيف في النظام الصناعي العالمي، مع حجم إنتاج عالمي سنوي يتجاوز 21.2 مليون طن حتى عام 2020.
تطبيق المنتج
يستخدم البولي يوريثان في جميع أنواع المواد اللاصقة - المائية، والمذيبة، والمصهورة بالحرارة. يمكن تصنيعه كمادة لدنة حرارية أو مادة تفاعلية، ويمكن الحصول عليه في إصدارات أحادية المكون أو ثنائية المكون. ما يجعل البولي يوريثان متعدد الاستخدامات هو كيمياء مجموعة اليوريثان نفسها. تُصنع هذه المواد عادةً عن طريق تفاعل الإيزوسيانات مع الكحوليات، أو عن طريق بلمرة البولي إيزوسيانات مع مركبات تحتوي على الهيدروكسيل - مثل البوليسترات والبولي إيثرات.
تشمل أهم منتجات البولي يوريثان اليوم البلاستيك الرغوي، والمواد اللاصقة، والطلاءات، واللدائن المرنة.
1. البلاستيك الرغوي من البولي يوريثان.
يُنتَج هذا بشكل رئيسي من ثنائيات الإيزوسيانات والبوليولات من نوع البولي إيثر أو البولي إستر، مع محفزات وعوامل نفخ ومثبتات رغوة وإضافات أخرى لإنتاج رغوات طرية أو صلبة. تتوفر ثلاث طرق للإرغاء: عملية البلمرة المسبقة، وعملية البلمرة المسبقة الجزئية، والعملية أحادية الخطوة. تناسب طريقتا البلمرة المسبقة الجزئية والبلمرة المسبقة الإنتاج بدفعات صغيرة، بينما تكون العملية أحادية الخطوة أكثر اقتصاداً للتصنيع واسع النطاق. تُعد رغوات البولي يوريثان الصلبة والطرية القائمة على البولي إيثر أو البولي إستر من اللدائن الحرارية الصلبة، وتعتمد خصائصها النهائية بشكل كبير على اختيار المواد الخام والتركيبة. وهي توفر مقاومة للزيت ومقاومة للبرودة وعزلاً حرارياً وامتصاصاً للصوت، مما يجعلها مناسبة لمواد العزل الحراري ومواد العزل والمكونات الإنشائية المانعة للصوت ومواد منع التسرب والتغليف المضاد للصدمات ومواد امتصاص الصوت والحشوات ووسائط إزالة الغبار والترشيح.
2. لواصق البولي يوريثان.
هي أنظمة ثنائية المكونات تتكون من بولي إيزوسيانات ومركبات بولي إستر حاوية على الهيدروكسيل، وتُخلط مباشرة عند الاستخدام. يوفر هذا اللاصق التصاقاً قوياً بمجموعة واسعة من الركائز، ويقاوم المنتج المتصلب الماء والزيوت المعدنية والتعرض الجوي. ويُستخدم للربط بين مكونات المعادن والزجاج والبلاستيك والسيراميك في تطبيقات البناء والآلات والفضاء.
3. طلاءات البولي يوريثان.
من خلال الجمع بين أنواع مختلفة من الإيزوسيانات ومختلف أنواع البولي إسترات والبولي إيثرات والبوليولات، يمكن تركيب مجموعة واسعة من طلاءات البولي يوريثان. وتنقسم هذه بشكل رئيسي إلى فئتين: ثنائية المكونات وأحادية المكون. طلاءات البولي يوريثان ثنائية المكونات قائمة على البولي إيثر، حيث تُخلط بولي إيزوسيانات والبولي إيثرات مباشرة. أما طلاءات البولي يوريثان أحادية المكون فهي قائمة على البولي إستر غير المشبع، وتشمل الأنواع المحجوبة والمعدلة بالزيت والمتصلبة بالرطوبة. وتشمل طرق التطبيق الغمر والرش والترسيب الكهربائي. وتوفر الطلاءات الناتجة عزلاً جيداً والتصاقاً قوياً ومقاومة للتآكل ومقاومة للزيت ومقاومة للماء ومقاومة لأبخرة الأحماض غير العضوية. وتُستخدم على الهياكل الخرسانية للمباني وأجهزة القياس الكيميائية ومكونات الطائرات والأثاث وغير ذلك.
4. مطاط البولي يوريثان المرن.
اعتماداً على التركيبة، يمكن أن يُظهر البولي يوريثان مرونة ضمن نطاق درجة حرارة معين، وتُعرف هذه الفئة من المواد بمطاط البولي يوريثان المرن. كانت شركة باير الألمانية أول شركة في العالم تُصنّع مطاط البولي يوريثان المرن. وينقسم إلى ثلاثة أنواع رئيسية: القابل للصب والمُركّب والمطاط الحراري اللدن. وتجمع هذه المواد بين مرونة المطاط وقابلية اللدائن للتشكيل، ولهذا تُسمى أيضاً اللدائن المطاطية. وهي تمتلك مقاومة ممتازة للزيت ومقاومة للتآكل ومرونة عند درجات الحرارة المنخفضة ومقاومة للشيخوخة، وتُستخدم في محامل السيارات وأحزمة النقل عالية السرعة في صناعة النسيج والكابلات الكهربائية لتطبيقات حقول النفط والاستكشاف الجيولوجي.
