درباره فوم مشبک پلی یورتانی

اجازه عبور گازها و مایعات را می دهد اما در برابر ذرات گرد و غبار مانند یک مانع عمل می کند.

این فوم به طور اتفاقی توسط شرکت Scot paper زمانی که در تلاش برای توسعه یک نوع اسفنج برای مصارف خانگی بود کشف شد. آنها فوم پلی یورتانی را در معرض یک محلول خورنده قوی قرار دادند که همین امر باعث حل شدن دیواره (غشا) سلول ها شد و تنها اسکلت ساختار فوم باقی ماند. این ماده، قابلیت چندانی برای جذب آب از خود نشان نداد با این حال، بعدها توسعه یافت و به عنوان فیلترهای تصفیه هوا بکار رفت. این فیلترها به آسانی تمیز می شدند و قابل استفاده مجدد بودند.

اندازه خلل و فرج از 10 تا 100 منفذ بر هر اینچ در فوم های مشبک در دسترس است و برای دستیابی به خواص فیزیکی و مکانیکی مناسب این نوع از فوم ها، فرمولاسیون ها بر پایه آب تهیه می گردند. از طرفی، مقدار مصرف آب باید به کمتر از 5 پارت محدود گردد و از طرف دیگر، در صورت استفاده از عوامل فوم زا فیزیکی مانند متیلن کلراید بجای آب، حرارتی که در حین واکنش تولید می شود کاهش می یابد، اما در مورد فوم مشبک یورتانی با اندازه سلولی نسبتا بزرگ، موجب کاهش خواص فیزیکی و مکانیکی، پایداری و تکرارپذیری ضعیف فرآیند می شود.

این فوم منعطف پلی یورتانی، به دلیل ساختار سلول باز و اندازه سلول ها و چگالی آن به گونه ای طراحی می شود که از انفجار درون مخازن سوخت و آلودگی های صوتی می کاهد. علاوه بر آن، نسبت به سایش، فرسایش، برش و مواد شیمیایی در محدوده دمایی 45- تا 120 درجه سانتیگراد مقاومت خوبی را از خود نشان می دهد. این فوم دارای ساختاری پنج وجهی با دوازده سطح می باشد.

 

تعدادی از کاربردهای فوم مشبک پلی یورتان

• پادری ها
• پوشش روی میکروفون ها (برای جذب نویز و صدای مزاحم)
• تخته پاکن ها
• الکترودهای متخلخل
• داربست های پزشکی
• پدهای لایه بردار
• فیلترها

 

فوم مشبک پلی اتری در مقایسه با پلی استری

این فوم ها در دو نوع اصلی پلی استری و پلی اتری با چگالی و رنگ های متنوع در دسترس هستند. در فوم بر پایه پلی ال پلی استری، از محلولی قلیایی به شدت خورنده برای حذف غشا سلولی توسط هیدرولیز استفاده می شود. با وجود اینکه این فرآیند فوم های مطلوبی را ایجاد می کند که سطحی نرم با تخلخل بالا دارند، اما معایبی نیز دارد؛ پس از انجام فرآیند، خنثی سازی لازم است و فوم باید شسته و خشک شود؛ از این رو، این روش فرآیندی برای کاربردهای پزشکی مناسب نیست و برای پلی یورتان های پلی اتری موثر واقع نمی شود.

به عنوان مثال، از این فوم می تواند در بهبود جراحت ها نیز استفاده شود؛ فوم به اندازه جراحت بریده می شود و روی آن قرار داده می شود، در این صورت دیگر نیازی به گاز نیست. در واقع، از آنجایی که فوم ساختار سلولی باز دارد به بهبود هر چه سریعتر جراحت کمک می کند و با جذب مایعاتی که از جراحت خارج می شود آن را از جراحت دور نگه می دارد؛ همچنین، فوم هیچگونه فشاری را بر روی جراحت وارد نمی کند و بدین طریق به بهبود جریان خون کمک می کند و در نتیجه جراحت به طور بهتری ترمیم می شود.

در فوم های پلی اتری، مشبک سازی توسط اکسیداسیون از جمله با محلول پتاسیم پرکرومات-سولفوریک اسید انجام می شود. یکی از فواید این روش این است که سلول های زبرتری را تولید می کند یا غشای سلول های بیشتری را حکاکی می کند (از بین می برد) که همین امر باعث می شود مایعات را بهتر در خود حفظ کند.

 

روش حذف غشا در فوم مشبک

میزان تخلخل فوم مشبک عامل مهمی است که هنگام طراحی یک محصول باید مد نظر قرار گیرد. در واقع، اصطلاح "مشبک" به ساختاری شبه شبکه ای اشاره دارد که در اثر فرآیند مشبک سازی ایجاد می گردد. مشبک سازی یک فرآیند ثانویه در ساخت این فوم محسوب می شود که در آن دیواره های سلولی از بین می رود. دو روش کلی برای ایجاد چنین ساختاری در فوم پلی یورتان وجود دارد؛ استفاده از حلالی خورنده و حکاکی غشا سلولی با محلولی قوی (Q foam) و استفاده از حرارت برای ایجاد جرقه و منفجر کردن دیواره های سلولی (Z foam). به بیان دیگر، فوم مشبک پلی یورتان از طریق یکی از دو روش ذکر شده بدست می آید.

• Q foam

در این روش بلوک فوم درون حمامی از محلول خورنده در غلظت، دمای کنترل شده در مدت زمان مشخصی قرار داده می شود. این محلول خورنده دیواره های سلولی را در خود حل می کند و از بین می برد و تنها اسکلتی از ساختار باقی می ماند. سپس فوم شسته می شود، آب کشیده و خشک می گردد. از مزیت این روش می توان به باز شدن تعداد سلول های بیشتر اشاره کرد. از طرفی، این روش فرآیندی برای پلی یورتان های پلی اتری روشی غیر موثر، اما روشی ایده آل برای فوم پلی یورتان مشبک پلی استری به حساب می آید. به بیان دیگر، بر فوم های پلی یورتانی که از نظر هیدرولیکی پایدار هستند، اثر چندان موثری ندارد. لازم به ذکر است که یکی از معایب این روش، حضور مقدار ناچیزی از پس ماند پودری شکل درون ساختار فوم است. این روش، روشی آهسته و نیازمند نگهداری و در نهایت دور ریختن مقدار نسبتا زیادی از محلول آلکالینی است.

• Z foam

یک روش حذف غشا، استفاده از هوای فشرده و انفجار گاز هیدروژن می شود. در این روش، فوم در محفظه خلاء قرار داده می شود و سپس محفظه با مخلوطی گازی قابل انفجار پر می شود. جرقه ای زده می شود و گاز مشتعل می گردد. در اثر این انفجاری که صورت می گیرد غشای سلولی از بین می رود. در واقع، شعله ای از نزدیکی فوم عبور و دیواره سلولی را در خود ذوب می کند و تنها اسکلتی از ساختار را باقی می گذارد. در این روش فرآیندی پس ماندی از پلیمر یورتانی هیدرولیز شده وجود ندارد و فوم نرم تر و تمیزتری بدست می آید. این روش هم برای پلی یورتان های پلی اتری و هم برای پلی استری ها کاربرد دارد.

به عنوان جمع بندی مطالب فوق، می توان گفت که فوم های مشبک، ساختار سلولی باز با تخلخل بالا دارند و تقریبا هیچ دیواره (غشا) سلولی در آنها وجود ندارد (تنها ساختاری شبیه به شبکه در آنها باقی مانده است). این فوم پلی یورتانی چند منظوره است، کاربردهای گسترده ای دارد و ماده ای سلول باز دارای وزنی سبک، عاری از هر گونه رایحه و به شدت مقاوم نسبت به کپک است. این فوم، ماده ای خنثی است که می تواند در فیلترها، جذب صوت، کنترل کردن سیالات و پدهای آرایشی و بهداشتی که در معرض محیط های مرطوب قرار می گیرند، استفاده شود. استحکام کششی و برشی بالا این امکان را برای فوم فراهم می آورد که بتوان آن را در هر شکلی برش زد، به آن میخ کوبید و یا آن را ورقه ورقه کرد. سیستم های هیدرولیک و پنوماتیک از اینگونه فوم های مشبک برای جذب ناخالصی های موجود در هوا یا درون خطوط لوله و دیگر اجزا استفاده می کنند.