اختصاصی بسپار/ از دنیای اسفنج های پلیمری و صنایع مرتبط با آن چه می دانیم؟

بسپار/ایران پلیمر اسفنج ماده ای است که از دو فاز مختلف گاز و جامد تشکیل شده است. به طور کلی می‌توان اسفنج‌ها را موادی با ساختار سلولی نامید که چگالی آن از چگالی دیگر مواد پایین‌تر است.

اگر از یک بسپار به عنوان بستر جامد استفاده شود آنگاه اسفنج تشکیل شده را اسفنج بسپاری می‌نامند و به عبارت دیگر یک اسفنج بسپاری، بسپاری است که چگالی آن به دلیل حضور یک گاز کاهش یافته است. ساختار اسفنج بدین صورت است که حباب های گاز درون بستر بسپاری پخش شده‌اند. حباب‌های فاز گاز معمولا کروی هستند و سلول نامیده می‌شوند. بسپارهای که در ساخت اسفنج استفاده می‌شوند به طور کلی به دو دسته گرما نرم و گرما سخت تقسیم می‌شوند و بسته به نوع بسپار بکار رفته در اسفنج نحوه تولید آن متفاوت خواهد بود. خصوصیات یک اسفنج تابعی از اول مشخصات بسپار مصرفی، دوم چگالی نسبی اسفنج است؛ یعنی نسبت چگالی اسفنج به چگالی بسپار جامد تشکیل دهنده دیواره‌های سلول ، و سوم شکل و اندازه سلول ها است. اسفنج‌های بسپاری دسته بسیار مفیدی از مواد مهندسی را ایجاد می‌کنند.

در سال‌های اخیر، سبکی، ارزانی و مصرف کمتر مواد خام در تمامی بخش‌های تولیدی اهمیت بیشتری یافته است. به همین منظور استفاده از اسفنج‌های بر پایه بسپار، که می توانند عملکردهایی مانند مقاومت در برابر ضربه، چقرمگی، پایداری حرارتی، مقاومت خوب در برابر خوردگی، استحکام ویژه بالا، عایق الکتریکی و حرارتی را ارائه دهد، به سرعت در صنایعی نظیر ساختمان سازی، بسته بندی، خودرو سازی، پزشکی، نظامی و … افزایش یافته است. اسفنج‌های پلی یورتان، پلی استایرن، پلی اتیلن، پلی الفین، پلی وینیل کلراید، اتیلن وینیل استات، ایی پی دی ام و … از پر مصرف‌ترین‌ها هستند.

در این گزارش سعی داریم استفاده فراگیر اسفنج‌ها در برخی از این صنایع را بررسی کنیم.
پزشکی :
در صنعت پزشکی از اسفنج‌ها برای ساخت تجهیزات پزشکی، پروتزها و تجهیزات ارتوپدی استفاده می‌شود. اسفنج مورد استفاده برای مصارف پزشکی باید ویژگی های مخصوصی داشته باشد که از جمله آنها می توان به انعطاف‌پذیری بالا و خاصیت نرمی، فشرده و متراکم بودن ذرات اسفنج، بدون بو بودن ، مقاومت در برابر مواد شیمیایی، سبکی، و … اشاره داشت. به عنوان مثال از اسفنج در قالبگیری اندام‌های قطع شده بیماران برای اتصال بین اندام و پروتز مصنوعی استفاده می‌شود، پس نرمی و انعطاف پذیری این اسفنج‌ها به دلیل حس راحتی بیشتری که به بیماران می‌دهد در کنار دیگر ویژگی ها باید در نظر گرفته شود. اسفنج‌ها در پزشکی علاوه براینکه در ساخت تجهیزات ارتوپدی استفاده می‌شوند، برای محافظت از تجهیزات پزشکی و آزمایشگاهی در برابر ضربه و آسیب، در بسته‌بندی‌ها نیز استفاده می‌شوند. ساخت تخت‌های بیمارستانی، ویلچر، ماسک جراحی، پدهای بخیه و پانسمان‌ها، اسفنج‌هایی که در درب داروها قرار داده می‌شوند نیز به کار برده می‌شوند.
به عنوان مثال یکی از مصارف جدید اسفنج‌ها در پزشکی اسفنج‌های بسپاری زیستی برای ترمیم استخوان‌های بدن می‌باشد. یک تیم شامل پژوهشگران و محققان از موسسه‌ی پلی تکنیک Rensselaerدر حال توسعه ی یک اسفنج بسپاری جدید هستند که می‌تواند جایگزینی مناسب برای آسیب ها و نقایص مادرزادی یا ایجاد شده ی جمجمه در اثر سوانح باشد. ماده ای که به پزشکان جراح اجازه می دهد تا با انعطاف پذیری قابل قبولی آنرا به شکل نقایص نامنظم جمجمه درآورده و در مکانی که باید سخت شود، جای گذاری کرده و قرار دهند. وقتی که این اسفنج بسپاری زیستی در جمجمه شکل دهی و جاسازی می‌شود، فواصل و خلل‌های ویژه ی قرار داده شده در اسفنج شروع به جذب سلول‌های استخوانی به طور طبیعی می‌کنند و با گذشت زمان اسفنج با این سلول‌های طبیعی جایگزین می‌شود. به این ترتیب جمجمه را ترمیم می‌نمایند و به شکل طبیعی خود باز خواهند گرداند.
اندازه بازار اسفنج پزشکی درسال 2021به 25.03 میلیارد دلار بوده است و براورد می‌شود که در دوره پیش بینی (2023-2030) با 7.4 درصد رشد می‌کند و از 26.88 میلیارد دلار درسال 2022 به 47.59 میلیارد دلار تاسال 2030 برسد.

ساختمان:
اسفنج در صنعت ساختمان نیز کاربردهای متعددی دارد که عمدتاً به دلیل طیف گسترده خواص آن است. برخی از ویژگی‌های اسفنج‌های ساختمانی : عایق صدا برای جلوگیری از آلودگی صوتی- وزن کم – مقاومت بالاي شيميايي در برابر اسید‌ها بازها- مقاوم در برابر رطوبت و نفوذ آب- نصب آسان در سریعترین زمان – مقاومت در برابر فرسودگی و دوام بالا – مقاوم در برابر آلودگي مانند آلودگی‌های قارچي و بيولوژيكي – کندسوز بودن برای جلوگیری از آتش سوزی – ضريب انتقال حرارت کم – جذب ارتعاش – انعطاف و راندمان بالا.

برخی از اسفنج‌ها در بخش های نظافتی استفاده می‌شوند و باید ویژگی هایی مانند مقاومت در برابر نفوذ آب ، مقاومت در برابر سایش ( برس کارواش و تی‌های زمین شور یکی از لوازم جانبی مهم سیستم شستشو هستند که هر روز برای شستشوی خودرو و زمین استفاده می‌شود و این فرآیند در طول روز بارها انجام می‌شود به همین تماس ها اسفنج‌ها باید در برابر سایش مقاوم باشند. ) را دارا باشند. اینگونه اسفنج‌ها باید مقاوم در برابر مواد شیمیایی باشند تا تحت تأثیر انواع مواد شوینده قرار نگیرند و همچنین قدرت شستشوی بالایی داشته باشند. در بحث انعطاف پذیری اینگونه اسفنج‌های باید در عین حال که سخت و مقاوم هستند، کاملا نرم و انعطاف پذیر باشند تا خراشی بر روی سطح ایجاد نکنند. و همچنین قابلیت جذب ضربه داشته باشند.

بسته بندی :
از خاصیت نرمی و انعطاف پذیری اسفنج می‌توان در صنعت بسته بندی استفاده کرد اسفنج‌های بسته بندی برای بسته بندی مواد غذایی، دارویی بهداشتی، برقی و الکترونیکی و ظروف شیشه‌ای و حساس شکننده استفاده می‌شوند تا هنگام انتقال از محل تولید به محل مصرف در اثر ضربه و رطوبت دچار آسیب و شکنندگی نشوند. و یکی از بهترین انواع بسته بندی ها تلقی می‌گردند.
اسفنج بسته بندی باید خواص زیر را داشته باشد:
باید به اندازه کافی سفت و سخت باشد که وسایل را نگه دارد و در عین حال به اندازه کافی نرم باشد که تا از آن در برابر ضربه محافظت کند.
باید انعطاف پذیر باشد و قابلیت شکل گیری را بر اساس شکل وسایل جهت محافظت را دارا باشد.
نباید هیچگونه واکنش نامطلوبی مانند تغییر رنگ یا چسبندگی با تجهیزات داشته باشد.
مقاوم در برابر رطوبت و عایق حرارتی باشد تا از آسیب رسیدن به تجهیزات جلوگیری کند.
انتخاب اسفنج با چگالی مناسب از اهمیت بسیار زیادی در بسته بندی برخوردار است. در صورت عدم انتخاب مناسب ممکن است تجهیزات به بدنه جعبه ها برخورد کنند. چگالی و استحکام اسفنج باید متناسب با جرم و ظرافت تجهیزات انتخاب شود. هرچه اسفنج ضخیم‌تر باشد، میزان لرزش و فشار بروی تجهیزات کمتر است. لیکن، ضخامت اسفنج بر اندازه کلی جعبه تأثیر می گذارد، بنابراین بر اساس شرایط باید بهترین گزینه انتخاب گردد.

کیف و کفش :
استفاده از اسفنج در کیف و کفش سازی یک راه عالی برای داشتن کیف و کفش‌های راحت و سبک است و از ویژگی‌های آن می‌توان به آنتی باکتریال بودن، سازگار بودن با پوست بدن و عدم ایجاد حساسیت پوستی اشاره کرد. قابلیت شست و شو، دوام و ماندگاری بالا، مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت لازم در برابر آب دریا، روغن ها، مواد اسیدی، قلیایی و دیگر مواد شیمیایی و جاذب ضربه از دیگر ویژگی های مورد نیاز اسفنج‌های مورد استفاده در این صنعت است. به عنوان مثال کفش‌ها با اسفنج ضربه‌گیر فواید زیادی دارند، از جمله کاهش فشار وارده بر مفاصل هنگام راه رفتن. در کیف سازی نیز فشار وارده به کتف ها و کمر را کاهش می‌دهند و بار وارده را در سطح پخش می‌کنند.

گردآوری: مهندس گلرخ فرد ذوالفقاری

(ادامه دارد …)

متن کامل این گفت و گو را در شماره 252 ماهنامه بسپار که در نیمه مهر ماه 1402 منتشر شده است، می خوانید.

در صورت تمایل به دریافت نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک با شماره های ۰۲۱۷۷۵۲۳۵۵۳ و ۰۲۱۷۷۵۳۳۱۵۸ داخلی ۳ سرکار خانم ارشاد تماس بگیرید. نسخه الکترونیک این شماره از طریق طاقچه  و  فیدیبو  قابل دسترسی است.