کاربرد فوم پلی یورتان درصنعت ساختمان

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 پلی یورتان 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 به جهت امکان کاهش تعداد صفحات جهت امکان مطالعه همکاران از ذکر خواص شیمیایی و فیزیکی فوم پلی یورتان صرفنظر شده است.

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 بسیار 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 ه ای بشود.

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.

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.

4- دانسیته فوم ها

"یکی از مهمترین مشخصه های هرفومی، دانسیته آن می باشد که باعث تغییر خواص فیزیکی فوم می شود.

دلایل انتخاب فوم پلی یورتان به عنوان ماده ای موثر و متفاوت در صنعت ساختمان برخلاف تصور عمومی مبنی بر هدر رفتن بیشترین میزان انرژی از راه درها و پنجر ه ها، بیش از 40 ٪ اتلاف انرژی ساختمان ها از راه پوسته و بدنه آن ها می باشد. کوچکترین عیب و نقص در ساختمان، باعث تغییر در درجه حرارت و میزان فشار هوا می شود، و می تواند نفوذ و حرکت هوا را از بین درزهای موجود به وجود آورد و در نتیجه کار آمدی سیستم ساختمان از نظر مصرف انرژی را کاهش دهد. همراه با هوا، رطوبت نیز می تواند وارد درزهای بنا شود و باعث نگرانی هایی از بابت سلامت ساختمان شود. فوم پلی یورتان اجازه حرکت هوا و نفوذ رطوبت غیر قابل کنترل از راه دیوارها را نمی دهد و باعث ایجاد پوسته ای کاملا بدون درز و نفوذ ناپذیر برای ساختمان می شود و می تواند محیطی با آسایش بیشتر در داخل بنا به وجود آورد.

درزها و سورا خ ها را می پوشاند و محافظی بسیار با ارزش در مقابل نفوذ غیر قابل کنترل هوا، کوران هوا، رطوبت وارده به دیوارها و صدا می باشد.

همچنین به دلیل سبکی زیاد، باعث کاهش بار مرده ساختمان می گردد و از چسبندگی خوبی برخوردار است به طوری که نیاز به هیچ نوع بست، گیره و یا قاب جهت چسبیدن به محل مورد نظر ندارد.

سرمایه گذاری اولیه جهت استفاده از فوم پلی یورتان، در طولانی مدت به شکل مصرف پایین انرژی، آسایش، کنترل کیفیت هوای داخلی، سلا متی و ایمنی بالا قابل بازگشت می باشد. به علت ساختار فوم پلی یورتان که به صورت سلول های بسیار نزدیک به هم و فشرده می باشد (و در نتیجه بیشترین میزان مقاومت حرارتی در هر واحد را به ما می دهد). وسایل و تجهیزات گرمایشی- سرمایشی نیز بسیار کارآمدتر بوده و سوخت کمتری مصرف می کنند.

همچنین فوم پلی یورتان می تواند باعث کمتر شدن هزینه تهیه وسایل و تجهیزات ساختمانی نیز بشود، به طوری که می توان وسایل گرمایشی- سرمایشی کم قدرت تری را خریداری نمود. و نیز فوم پلی یورتان در مقایسه با سایر عایق ها دارای پایین ترین قابلیت هدایت حرارتی است.

5 - برخی ملاحظات هنگام استفاده از فوم پلی یورتان در ساختمان

- در آب و هوای سرد، هوای گرم داخلی که دارای رطوبت است، پس از عبور از دیوار و در برخورد با سطح خارجی و سرد دیوار، تقطیر می شود (به مایع تبدیل می شود). در صورتی که این بخار بتواند از دیوار خارج شود، نگرانی خاصی وجود ندارد. ولی در بعضی موارد که از ورقه های فوم پلی یورتان بین پوشش نهایی دیوار خارجی و داخلی استفاده می شود، ممکن است بخار موجود در هوای اتاق که از طریق بعضی درزها و شکاف های سطح داخلی دیوار وارد آن شده است، به علت غیر قابل نفوذ بودن فوم پلی یورتان، در داخل دیوار باقی بماند و نتواند خارج شود. هر چند مطالعات نشان داده است که این اتفاق به ندرت پیش می آید ولی در چنین مواردی بهتر است که از یک لایه بخار بند در سمت گرم دیوار استفاده شود تا از ورود بخار به آن جلوگیری کند.

- با وجود اینکه عایق های فوم شکل، هیچ ارزش غذایی برای حشرات ندارند ولی موریانه ها به راحتی در داخل آن تونل سازی می کنند. این تونل ها، میزان مقاومت حرارتی عایق را کاهش می دهند. عایق سطح خارجی فونداسیون ها، بیشتر از قسمت های دیگر در معرض نفوذ این حشرات قرار دارد. بعضی از تولیدکنندگان ورقه های فوم عایق، در ترکیب محصولاتشان از بعضی مواد حشره کش استفاده می کنند تا جلوی هجوم حشرات را بگیرند. همچنین در بعضی ساختمان ها، در زمین اطراف استراکچر، از نوعی مواد ضدحشره استفاده می شود. اگر چه عایق کردن ساختمان توسط ورقه های فوم در سطح خارجی دیوارها، از نظر مسایل حرارتی، بسیار موثرتر است، ولی در مناطقی که هجوم حشرات مشکل ساز است، کاربرد فوم ها در سطح داخل دیوار، بهتر می باشد.

- بیشتر انواع عایق های فوم شکل، به سختی آتش می گیرند ولی در صورتی که این اتفاق بیفتد، دودی سیاه، غلیظ و سمی تولید می کنند که در بعضی مواقع شامل گاز سیانید هیدروژن که کشنده است، می باشد. خاصیت آتشگیری همه فوم ها، بستگی به درجه احتراق آن ها دارد که آن هم با توجه به نوع فرمولاسیون هر فوم متغیر است. برای جلوگیری از آتشگیری می توان از مواد تاخیر انداز شعله در ترکیب فوم پلی یورتان استفاده کرد.

6 - روش های متداول استفاده از فوم پلی یورتان در صنعت ساختمان

الف- استفاده از فوم پلی یورتان به صورت ورقه ای

در این روش فوم پلی یورتان به صورت حجمی در کارخانه تولید می شود و سپس باضخامت مورد نیاز بریده می شود. بدلیل جلوگیری از پخش ذرات کریستالی فوم در هوا و دوام بیشتر فوم، می توان دو طرف این ورقه ها را با استفاده از کاغذ یا ورقه های آلومینومی پوشش داد. کاربرد این محصول بیشتر به صورت عایق های حرارتی و صوتی بین دیوارها و سقف های کاذب است.

ب - استفاده از فوم پلی یورتان به صورت پانل های فشرده (ساندویچ پانل)

در این روش قطعات کامپوزیتی با پوشش های ورقه ای در دو طرف و فوم پلی یورتان بین ورقه ها در کارخانه تولید می شوند. عامل چسبندگی بین دو ورقه، فوم می باشد و با توجه به موارد مصرف، جنس ورقه ها متفاوت است. ورقه های آهنی گالوانیزه و سیاه و آلومینیومی، متداول ترین پوشش برای ساخت پانل های ساندویچی هستند. با استفاده از همین روش کانتینر و یا بعضی از ساختمان های پیش ساخته تولید می شوند و نیز از همین روش برای ساخت درهای چوبی (با قابلیت جذب صوت بالا) استفاده می شود.

ج - استفاده به عنوان پرکننده بین درزها و شکاف ها

در این روش مخلوط مواد ترکیبی فوم، پس از خروج از مخزن، به داخل شیارها و شکا ف های مورد نظر تزریق می شود و سپس با افزایش حجم باعث انسداد درزها و شکا ف ها می گردد. از این روش برای درزبندی اطراف پنجره ها، درها، درزهای انقطاع و به منظور عایق

کاری حرارتی، رطوبتی و صوتی استفاده می شود.

د- استفاده به صورت پاشش برروی سطوح

در این روش مواد تشکیل دهنده فوم، از مخازن جداگانه خارج و در یک کلگیّ با هم ترکیب می شوند و به سطح مورد نظر پاشیده می شوند. بیشترین استفاده از این روش- با هدف محافظت از خوردگی سطوح فلزی - در مناطق مرطوب انجام می شود. همچنین به دلیل یکپارچگی و پوشش بیشتر سطوح، جایگزین مناسبی برای ور ق های پلی یورتان است. ولی به دلیل مشکلات اجرایی و صعوبت استفاده از دستگا ه های تزریق فوم، این روش کمتر به کار می رود.

7 - روش اجرایی پیشنهادی

قدرت چسبندگی فو م های پلی یورتان به اکثر سطوح (به جزء سیلیکون ها و پلیکا) بسیار زیاد است به طوری که پس از چسبیدن، جدایی به سختی انجام می شود و در بعضی موارد عمل جدایی با تخریب انجام می گردد. "از آنجائی که چسبندگی آن ها برروی بسیاری از بسترها مناسب است، از محلول های پلی یورتان به منظور افزایش قدرت چسبندگی در سایر سیستم های پوششی استفاده می شود. همچنین "میزان سختی، مقاومت تراکمی و کشش مارپیچی آن ها بیش از سیمان است به طوری که در ترکیب با برخی پرکننده ها می توان پوشش های سخت و مقاوم در برابر محیط تولید کرد. در این روش فوم پلی یورتان جایگزین دوغاب ماسه و سیمان می گردد به بیانی دیگر، نه تنها از پلی یورتان به عنوان عایق حرارتی استفاده می شود، بلکه به جای دوغاب نگهدارنده سنگ عمل می کند. بدین منظور از ترکیبات مناسب پلی یورتانی با روش ریخته گری رزین مایع استفاده می گردد.

در این فرآیند سیستم های فعال پلی یورتانی ابتدا با یکدیگر مخلوط می شوند و سپس قبل از انجام واکنش (فوم شدن) رزین مایع بین سنگ و دیوار ریخته می شود. واکنش پس از چند ثانیه انجام شده، باعث پف کردن فوم می گردد و کمتر از 20 ثانیه فوم به صورت جامد درمی آید. در این حالت، سنگ به وسیله فوم به دیوار چسبیده است. با توجه به انرژی آزاد شده در این واکنش، لازم است قبل از ریختن فوم، سنگ با نگهدارنده مناسب مهار گردد.

جزئیات اجرایی مهار سنگ به دو شکل قابل اجرا است که در اینجا به توضیح آن می پردازیم.

7-1 - مهار دائم

در این روش از بست های فلزی مناسب، به منظور ثابت نگاه داشتن سنگ و جلوگیری از افتادن آن قبل از فوم ریزی و حرکت سنگ در زمان فوم ریزی، استفاده می شود. همچنین، این روش برای نصب سنگ با دوغاب ماسه و سیمان در زمانی که از سنگ های با تخلخل کم یا بدون تخلخل مثل گرانیت استفاده می شود، لازم الاجرا است.

7-2- استفاده از ساز ه های پشتیبان :

در این روش قطعات سنگ با استفاده از نگهدارنده های موقت، ثابت می مانند به طوریکه سنگ در حین واکنش فوم تغییر مکانی نداشته باشد.

این سازه پس از گذشت زمان گیرایش نهایی، قابل بازکردن می باشد.

8 - مزایای استفاده از این روش

8 – 1 - سبک سازی

وزن هر متر مکعب دوغاب ماسه و سیمان حدو د 2100 کیلوگرم است، در حالیکه وزن هر متر مکعب فوم پلی یورتان با سختی بالا حدود 100 کیلوگرم است.

به ازاء هر 25 مترمربع نما، 1 متر مکعب دوغاب یا فوم استفاده می شود، بنابراین در هر 25 مترمربع سطح نمای ساختمان حدود 1000 کیلوگرم سبک سازی می شود.

8-2- عایق کاری

استفاده از این روش به دلیل فرآیند یکنواخت فوم و نفوذ به تمامی خلل و خرج و پیوستگی کامل (بدون پل حرارتی)، برای عایقکاری مناسبتر از فوم های ورقه ای است.

8-3 - سرعت ساخت

مقاومت نهایی دوغاب ماسه و سیمان با طرح اختلاطی مناسب، 28 روز است در حالی که یک فوم می تواند حداکثر پس از 20 ثانیه به مقاومت نهایی برسد و این امر روند نصب سنگ را بسیار سریع تر از شیوه سنتی آن می کند. همچنین نیازی به صرف وقت جهت گیرایش بیشتر سنگ های نصب شده در ردیف پایین، قبل از نصب ردیف های بالاتر نمی باشد. بنابراین استفاده از این روش زمان اجرای نمای سنگی را بسیار کاهش می دهد.

8-4 - الاستیسیته

یکی از خواص فیزیکی پلی یورتان خاصیت ارتجاعی بسیار بالای آن می باشد. به طوری که به علت انعطاف پذیری بسیار زیاد، از پوشش های پلی یورتانی برای پوشش لاستیک استفاده می شود. ضمن اینکه پوشش های حاصل از برخی فرمولاسیون های خاص، هیچ تمایلی به شکنندگی ندارند.

بنابراین قرارگیری این ترکیب به جای دوغاب سیمان، ضمن استحصال تمامی خواص مورد نظر، از جمله مقاومت در مقابل فشار ضربه، خراشیدگی و سایش و قدرت چسبندگی بسیار زیاد، باعث افزایش خاصیت ارتجاعی نمای ساختمان در مقابل نیروهای داخلی و خارجی و در نهایت جلوگیری از ترک خوردگی و تخریب نما می گردد.

9 - موارد کاربردی استفاده از فوم پلی یورتان به جای دوغاب ماسه و سیمان

- بازسازی نماهای فرسوده، بدون تخریب و با حفظ شرایط داخلی بنا

- بازسازی بنا با هدف جلوگیری از تخریب بیشتر در اثر رطوبت شدید

- نوسازی و بازسازی بنا با هدف جلوگیری از اتلاف انرژی

- نوسازی و بازسازی بنا با هدف پیوستگی کامل بین اجزاء نما

- نوسازی و بازسازی بنا با هدف جلوگیری از تخریب نما در مقابل خطرات ناشی از زلزله و تکا نهای شدید

- نوسازی و بازسازی بنا با هدف سبک سازی و کاهش بار مرده ساختمان

- نوسازی و بازسازی بنا با هدف سرعت بخشیدن به عملیات اجرایی و حصول نتایج سریع

- نوسازی و بازسازی بنا در مواضعی که استفاده از مصالح سنتی به دلایلی از جمله تهیه، حمل، دپو و اجرا، دشوار است

10 - نتیجه گیری

بررسی مطالعه و پژوهش فوق، بیانگر این است که در صورت توجه و مطالعه کافی بر روی روش اجرائی ریخته گری رزین مایع به جای دوغاب ماسه سیمان، می توان از فوائد بسیار این روش، در صنعت ساختمان بهره جست. تحقق این هدف نیازمند انجام تحقیقات و آزمایشات تکمیلی است.

منبع: نشریه الکترونیکی پیام خانه سازی – تیرماه 1390