โพลียูรีเทน (PU) เป็นวัสดุพอลิเมอร์มหัศจรรย์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย มีบทบาทสำคัญในหลายอุตสาหกรรม มีคุณสมบัติเชิงกลที่ยอดเยี่ยม ทนทานต่อปัจจัยแวดล้อมต่างๆ ได้ดี
บทความชิ้นนี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อให้คุณเข้าใจเนื้อหาเชิงลึกเกี่ยวกับกระบวนการผลิต คุณสมบัติ และการใช้งานของโพลียูรีเทนในอุตสาหกรรมต่างๆ ในตอนท้ายของบทความคุณจะเข้าใจถึงความสำคัญของ PU ในโลกสมัยใหม่ และความเป็นไปได้ที่ไม่มีจุดสิ้นสุดของมัน
โพลียูรีเทนถูกสังเคราะห์ขึ้นเป็นครั้งแรกในช่วงทศวรรษที่ 1930 โดยอ็อทโท เบเยอร์ (Dr. Otto Bayer) นักเคมีชาวเยอรมัน ซึ่งกำลังมองหาทางเลือกอื่นนอกเหนือจากยางธรรมชาติ เขาค้นพบว่าการทำปฏิกิริยาระหว่างไดไอโซไซยาเนตกับโพลิออล สามารถสร้างโพลิเมอร์ชนิดใหม่ที่มีคุณสมบัติเฉพาะตัวได้
สำหรับผลิตภัณฑ์โพลียูรีเทนเชิงพาณิชย์ชนิดแรกคือโฟมแบบนิ่มซึ่งเปิดตัวในปี 1950 จากนั้นมีผลิตภัณฑ์อื่นๆ เปิดตัวตามมาอย่างรวดเร็ว เช่น โฟมแข็ง อีลาสโตเมอร์ สารเคลือบ กาว และยาแนว
นับตั้งแต่การค้นพบ PU เทคโนโลยีโพลียูรีเทนได้พัฒนาเพื่อตอบสนองความต้องการที่เพิ่มขึ้นของอุตสาหกรรมต่างๆ นักวิจัยยังคงพัฒนาสูตรและเทคนิคการผลิตใหม่ๆ อย่างต่อเนื่อง นำไปสู่การสร้างวัสดุโพลียูรีเทนหลายประเภทที่มีคุณสมบัติเฉพาะ เพื่อตอบโจทย์การเติบโตของอุตสาหกรรม
ปัจจุบันโพลียูรีเทนสามารถพบได้ในผลิตภัณฑ์หลากหลาย ไม่ว่าจะเป็นชิ้นส่วนยานยนต์ อุตสาหกรรมหนัก วัสดุก่อสร้าง สิ่งทอ เหมืองแร่ เหมืองหิน บ่อทราย วัสดุทดแทนพลาสติกและอุปกรณ์การแพทย์
โพลียูรีเทนเกิดจากกระบวนการสำคัญคือการทำปฏิกิริยาไดไอโซไซยาเนตกับโพลิออล (Polyol) ร่วมกับตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อให้ได้คุณสมบัติสุดท้ายของผลิตภัณฑ์ที่เราต้องการ การเลือกใช้ไดไอโซไซยาเนตมีผลอย่างมากต่อคุณสมบัติของพอลิเมอร์ที่ได้ ในวงการมีไดไอโซไซยาเนตหลายชนิดที่ใช้กันทั่วไปสำหรับผลิตโพลียูรีเทน ได้แก่:
โพลิออลเป็นส่วนประกอบหลักในการผลิตโพลียูรีเทน การเลือกใช้โพลิออลจะส่งผลต่อคุณสมบัติของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย สำหรับประเภทโพลิออลทั่วไป ได้แก่ :
ในโลกของยูรีเทน สารเติมแต่งคือสารที่ใช้เพื่อเสริมเติมแต่ง ซึ่งเป็นกระบวนการที่ทำให้วัสดุเกิดการแข็งตัว เมื่อสารนี้ถูกเติมลงในสูตรยูรีเทน มันจะช่วยให้เกิดการก่อตัวของพันธะเคมีที่แข็งแรงระหว่างโซ่โพลิเมอร์
ดังนั้น จึงได้วัสดุที่มีคุณสมบัติเชิงกลตามที่เราต้องการ เพื่อให้บรรลุเป้าหมายความต้องการของการใช้งาน อีกนัยหนึ่งคือสารตัวนี้จะเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงสถานะของวัสดุ โดยเปลี่ยนจากสถานะของเหลวหรือกึ่งของเหลวไปเป็นสถานะของแข็งนั่นเอง
ไดอามีนเป็นเติมแต่ง (Curatives) ตัวหนึ่งใช้ในการผลิตโพลียูรีเทน อีลาสโตเมอร์ มันจะทำปฏิกิริยากับไดไอโซไซยาเนต ทำให้วัสดุโพลิเมอร์ที่ได้เกิดความแข็งแรง มีความแข็งแกร่ง และความทนทานต่อสารเคมี
Diols และ Triols รวมถึงสารเติมแต่ง (Curatives) ประเภทอื่นๆ สามารถใช้ในการผลิตโพลียูรีเทน พวกมันจะทำปฏิกิริยากับไดไอโซไซยาเนตเพื่อสร้างยูรีเทนที่มีคุณสมบัติให้ความยืดหยุ่น ความเหนียว ความทนทาน คอนโวแว้นต่อการสึกกร่อนแก่โพลิเมอร์ที่ได้
อย่างไรก็ดี การเลือกสารเติมแต่ง (Curatives) มีผลอย่างมากต่อคุณสมบัติและประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์โพลียูรีเทนที่ได้ในขั้นสุดท้าย
ในการผลิตยูรีเทน จะใช้อัตราส่วนของ Curative หมายถึงอัตราส่วนของไดไอโซไซยาเนต (Prepolymer) ต่ออัตราส่วน Curative เพื่อต่อพันธะทางเคมี ซึ่งอัตราส่วนนี้จะส่งผลต่อคุณสมบัติของผลิตภัณฑ์สุดท้าย (Final properties) เช่น ความแข็งแรงเชิงกล ความยืดหยุ่น และความทนทานต่อสารเคมี
ระดับอุณหภูมิในกระบวนการผลิตโพลียูรีเทน จะส่งผลต่อคุณสมบัติของผลิตภัณฑ์สุดท้าย (Maximize properties) ในการผลิตขึ้นอยู่กับพรีพอลิเมอร์ที่ใช้ และคุณสมบัติเฉพาะพรีพอลิเมอร์
พลาสติไซเซอร์ใช้เติมแต่งเข้าไปในสูตรโพลียูรีเทนเพื่อปรับปรุงในเรื่องลดความหนืด ลดความแข็ง เพิ่มความสามารถในการทำงาน และความสามารถในการแปรสภาพ
นอกจากนี้ ยังสามารถลดค่าอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้ว (glass transition temperature ;Tg) ของโพลิเมอร์ ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของวัสดุนั้นที่อุณหภูมิต่ำได้
สารเติมตัวนี้ใช้เติมลงในสูตรโพลียูรีเทนเพื่อเพิ่มคุณสมบัติเฉพาะ เช่น เพิ่มความแข็งแรงทางกล การนำความร้อน และช่วยในเรื่องของความเสถียร วัสดุที่ถูกเติมแต่งด้วยฟิลเลอร์พบได้ทั่วไป เช่น ใยแก้ว เส้นใยคาร์บอน และสารตัวเติมแร่ธาตุ เช่น แคลเซียมคาร์บอเนตและแร่หินสบู่
การเติมสารปกป้องลงในสูตรโพลียูรีเทนจะช่วยให้วัสดุทนทานต่อสภาพแวดล้อม เช่น รังสียูวี ออกซิเดชัน และไฮโดรไลซิส ตัวอย่างสารปกป้อง ได้แก่ สารเพิ่มเสริมสร้างความเสถียรต่อรังสียูวี (UV resistance) สารต้านอนุมูลอิสระ และสารยับยั้งการไฮโดรไลซิส (เสื่อมสลาย)
โพลียูรีเทนมีบทบาทสำคัญในอุตสาหกรรมยานยนต์ สามารถใช้ผลิตชิ้นส่วนต่างๆ ของรถยนต์ ไม่ว่าจะเป็น เบาะรองนั่ง พวงมาลัย แผงแดชบอร์ด ปะเก็นและซีล รวมถึงส่วนประกอบของระบบกันสะเทือน [อ่านบทความที่เกี่ยวข้อง .. (รู้จักโพลียูรีเทนในอุตสาหกรรมยานยนต์)]
โพลียูรีเทนใช้ในอุตสาหกรรมก่อสร้างอย่างแพร่หลาย อาทิ วัสดุกันฉนวน ยาแนวและสารยึดเกาะ เมนเบรนกันซึม วัสดุปูพื้น และส่วนประกอบโครงสร้าง [อ่านบทความที่เกี่ยวข้อง .. (ยูรีเทนในงานสถาปัตย์และการออกแบบสมัยใหม่)]
อุตสาหกรรมสิ่งทอได้นำโพลียูรีเทนไปทำหนังสังเคราะห์ได้คุณภาพเหมือนหนังแท้ ใช้ทำผ้าเคลือบกันสาด เต็นต์ ชุดป้องกันรังสียูวี รวมถึงเสื้อผ้ากันน้ำที่ใส่สบาย มีคุณสมบัติระบายอากาศได้ดี [อ่านบทความที่เกี่ยวข้อง .. (Polyurethane ในอุตสาหกรรมสิ่งทอและแฟชั่น)]
โพลียูรีเทนสามารถนำไปผลิตอุปกรณ์หรือชิ้นส่วนสำหรับงานเฉพาะทาง เช่น ล้อโรลเลอร์สเก็ต ลูกกลิ้งเคลือบสีในเครื่องพิมพ์ออฟเซต กระสวยทำความสะอาดท่อส่งน้ำมัน อุปกรณ์เก็บเกี่ยวธัญพืช ยางรถยก ค้อน ม่านพ่นทราย เครื่องจักรซักรีด ล้อม้วนกระดาษในโรงงานผลิต และอุปกรณ์แปรรูปเนื้อสัตว์
โพลียูรีเทนจดจำรูปร่าง (Shape memory polymers ; SMPs): วัสดุมีศักยภาพในการใช้งานในอุตสาหกรรมยานยนต์ อวกาศ และชีวการแพทย์
วัสดุน้ำหนักเบา (Lightweight): โพลียูรีเทนน้ำหนักเบาเมื่อเทียบกับโลหะสามารถช่วยประหยัดพลังงานและประหยัดเชื้อเพลิงในอุตสาหกรรมยานยนต์
เครื่องพิมพ์ 3 มิติ: โพลียูรีเทนได้รับความนิยมในวงการพิมพ์ 3D ใช้ในการขึ้นรูปผลิตภัณฑ์ (Molding) และแม่พิมพ์เพื่อหล่อผลิตภัณฑ์ (Casting) ซึ่งนำไปสู่กระบวนการผลิตที่มีประสิทธิภาพและคุ้มค่ามากขึ้นในอุตสาหกรรมต่างๆ
งาน Heavy-Duty Load: โพลียูรีเทน (PU) เป็นเลิศในเรื่องการรับโหลดหนักๆ ใช้กันทั่วไปในอุปกรณ์ขนย้ายวัสดุสิ่งของ เช่น ยางรถยก (Forklift tires) และล้อรับน้ำหนัก (Load wheels) ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการรับน้ำหนักที่มีประสิทธิภาพและการขนส่งที่ปลอดภัย
อุตสาหกรรมโพลียูรีเทนมีความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่อง มีการศึกษาวิจัยจนเกิดนวัตกรรมใหม่ๆ ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการผลิต ลดต้นทุน ช่วยประหยัดพลังงาน และยังมีการพัฒนาวัสดุอัจริยะมหัศจรรย์เพื่อแก้ปัญหาให้กับชาวโลก
เนื้อหาในบทความนี้ได้เจาะลึกถึงโพลียูรีเทนประเภทต่างๆ ทั้งความเป็นมา กระบวนการผลิต คุณสมบัติหลักที่เหมาะสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย รวมถึงสมบัติเชิงกลและความทนทานต่อปัจจัยภายนอก
เรียกได้ว่าโพลียูรีเทนมีความจำเป็นต่ออุตสาหกรรมต่างๆ เช่น อุตสาหกรรมหนัก ยานยนต์ การก่อสร้าง สิ่งทอ และเหมืองแร่ ตั้งแต่เบาะรองนั่งและวัสดุฉนวนไปจนถึงหนังสังเคราะห์
บทความนี้ยังกล่าวถึงการใช้งานเฉพาะด้าน โดยแสดงให้เห็นว่าสูตรโพลียูรีเทนที่ปรุงแต่งให้เหมาะสมนั้น สามารถเพิ่มประสิทธิภาพและความทนทานในตัวผลิตภัณฑ์ต่างๆ เช่น ล้อโรลเลอร์สเก็ต อุปกรณ์ซักรีด และอุปกรณ์แปรรูปเนื้อสัตว์
โดยสรุป ประโยชน์ของโพลียูรีเทนและคุณสมบัติที่ปรุงแต่งได้นั้น ทำให้ PU กลายเป็นวัสดุพอลิเมอร์ที่มีคุณค่าตัวหนึ่ง ในการขับเคลื่อนผลิตภัณฑ์ในอุตสาหกรรมต่างๆ ได้มากมาย
หากคุณสนใจหรือต้องการคำปรึกษาข้อมูลผลิตภัณฑ์โพลียูรีเทน อีลาสโตเมอร์เพิ่มเติม เพื่อใช้ในธุรกิจหรืออุตสาหกรรม โปรดติดต่อทีมงานที่มีประสบการณ์ บริษัท Duraflex D เราพร้อมให้ความช่วยเหลือ
ติดต่อทางอีเมล์ apai@duraflex-d.com, rassamee@duraflex-d.com หรือโทรหาเราที่ 02-276-2406
คุณสามารถติดต่อผ่านทางเว็บไซต์ของเราที่ Contact
ให้เราช่วยคุณปลดล็อคความมหัศจรรย์ของโพลียูรีเทนได้แล้ววันนี้!
1.ยูรีเทนในงานสถาปัตย์และการออกแบบสมัยใหม่
2.รู้จักโพลียูรีเทนในอุตสาหกรรมยานยนต์
3.Polyurethane ในอุตสาหกรรมสิ่งทอและแฟชั่น