ما هو البوليول وما هي الإيزوسيانات؟ التفاعل ونسبة الخلط

البوليول جزيء يحمل مجموعتين أو أكثر من مجموعات الهيدروكسيل (OH)، أما الإيزوسيانات المستخدمة في البولي يوريثان فتحمل مجموعتين أو أكثر من مجموعات NCO التفاعلية. وعند خلطهما تتفاعل مجموعات NCO مع مجموعات OH وتكوّن روابط يوريثان، ومن هذه الروابط يتكوّن البولي يوريثان. ويحدد البوليول إلى حد كبير ما إذا كان البلاستيك الناتج ليّنًا أم صلبًا، وتربط الإيزوسيانات (وهي في الغالب MDI أو TDI) السلاسل بعضها ببعض، وتُبقي نسبة الخلط المجموعتين في حالة توازن. وتتفاعل الإيزوسيانات مع الرطوبة وقد تسبب تحسّسًا (أي حساسية)، ولذلك تتطلب مناولة حذرة.

1. البوليول والإيزوسيانات: المادتان الأوليتان

يبدأ كل نظام بولي يوريثان (PU) صناعي من فئتين من المواد الأولية: البوليول (جزيء يحمل مجموعات هيدروكسيل، OH) والإيزوسيانات (جزيء يحمل مجموعات إيزوسيانات تفاعلية، N=C=O، وتُكتب NCO). وعندما تلتقي المادتان تتفاعل مجموعة NCO مع مجموعة OH وتكوّن رابطة يوريثان. وهذه الرابطة الواحدة، حين تتكرر مرارًا وتكرارًا في أنحاء الخليط، هي التي تبني البوليمر. وللاطلاع على نظرة عامة على عائلة المادة كلها، راجعوا «ما هو البولي يوريثان؟».

أما سائر مكوّنات التركيبة (المحفّزات، والمواد الخافضة للتوتر السطحي، وعوامل النفخ، والمواد المؤخِّرة للاشتعال) فتضبط هذا التفاعل والمنتج النهائي ضبطًا دقيقًا؛ ويحدد سلوك الرغوة أو الطلاء أو القطعة المقولبة أولًا البوليول والإيزوسيانات والنسبة بينهما. ويجمع الإسفنج المرن عادةً بين بوليول البولي إيثر وTDI، بينما تجمع الرغوة الصلبة بين بوليول عالي الوظيفية وMDI البوليمري. راجعوا «الفرق بين أنظمة البولي يوريثان الصلب والمرن» و«ما هي رغوة البولي يوريثان؟».

2. ما هو البوليول؟

البوليول مركّب عضوي يحمل عدة مجموعات هيدروكسيل (OH). والبوليولات المستخدمة في البولي يوريثان أوليغومرات أو بوليمرات تحمل في المتوسط مجموعتين أو أكثر من مجموعات OH في الجزيء الواحد، وهي عادةً سوائل لزجة عند درجة حرارة الغرفة. وعند مجموعات OH ترتبط الإيزوسيانات.

بوليولات البولي إيثر والبولي إستر

بوليولات البولي إيثر تُصنع بإضافة أكسيد البروبيلين و/أو أكسيد الإيثيلين إلى جزيء بادئ؛ وهي واسعة الاستخدام جدًّا، وعادةً ما تكون أرخص من بوليولات البولي إستر وأسهل في المناولة وأكثر مقاومة للماء. أما بوليولات البولي إستر فتنتج من البلمرة التكثيفية للأحماض الكربوكسيلية مع الغليكولات؛ وهي عادةً أعلى لزوجة وأغلى ثمنًا، لكنها تعطي مقاومة أفضل للمذيبات وللتآكل الاحتكاكي وللقطع. وتُستخدم بوليولات البولي إستر العطرية في الرغوة الصلبة، ويُصنع بعضها من PET المعاد تدويره.

الوظيفية ورقم الهيدروكسيل والوزن الجزيئي

الوظيفية هي متوسط عدد مجموعات OH في الجزيء الواحد. أما رقم الهيدروكسيل (mg KOH/g، ويُقاس مثلًا وفق ISO 14900) فيبيّن عدد مجموعات OH في كل غرام. وكلاهما مرتبط بالوزن الجزيئي. وكلما زادت مجموعات OH في الغرام الواحد لزمت كمية أكبر من الإيزوسيانات. وتُذكر قيم بوليول بعينه في نشرة البيانات الفنية (TDS) الخاصة به.

مرن أم صلب: ما الذي يحدده البوليول؟

تعطي السلاسل الطويلة ذات مجموعات OH القليلة (رقم هيدروكسيل منخفض) شبكة مرنة قليلة التشابك (رغوة مرنة)، وتعطي السلاسل القصيرة ذات مجموعات OH الكثيرة (رقم هيدروكسيل مرتفع) شبكة صلبة عالية التشابك (رغوة صلبة). ويتوقف اختيار البوليولات المناسبة لكل منتج على تركيبة النظام.

بوليولات خاصة: البوليمرية، وذات الأساس الحيوي، والمعاد تدويرها

البوليولات البوليمرية (polymer polyols) تحمل جسيمات بوليمر دقيقة مشتّتة (مثل SAN، أي ستايرين أكريلونيتريل)، وتُستخدم لرفع قدرة الإسفنج المرن على تحمّل الأحمال، أي لإعطائه إحساسًا أكثر صلابة.

قد تختلف البوليولات ذات الأساس الحيوي (المستخلصة من زيت الخروع أو زيت الصويا أو زيت بذور اللفت) والبوليولات المعاد تدويرها (الناتجة عن التحلل بالغليكول لنفايات PET أو البولي يوريثان) عن الدرجات البتروكيميائية في رقم الهيدروكسيل واللزوجة. وقد انصبّ العمل على المحتوى المتجدد حتى الآن في معظمه على البوليولات. أما المنتجات التي تُباع على أساس «موازنة الكتلة» (موازنة الكتلة الحيوية) فتحصل على حصتها المتجددة عبر نظام محاسبي معتمد، لا بالضرورة في صورة جزيئات متجددة داخل المنتج نفسه؛ فتحققوا مما إذا كان المحتوى المتجدد المذكور موجودًا فعليًّا في المنتج أم أنه مجرد حصة مخصَّصة له محاسبيًّا. راجعوا إعادة تدوير البولي يوريثان.

3. ما هي الإيزوسيانات؟

الإيزوسيانات مركّب عضوي يحمل المجموعة N=C=O (أي NCO). ويستخدم البولي يوريثان ثنائيات الإيزوسيانات ومتعددات الإيزوسيانات، التي تحمل مجموعتين أو أكثر من مجموعات NCO في الجزيء الواحد، وتربط هذه المجموعات السلاسل بعضها ببعض.

MDI وMDI البوليمري وTDI

MDI (ميثيلين ثنائي الفينيل ثنائي الإيزوسيانات) هو الإيزوسيانات الرئيسي في الرغوة الصلبة والعزل ورغوة الرش. أما MDI البوليمري (pMDI) فليس بوليمرًا رغم اسمه، بل خليط سائل من MDI المونومري وجزيئات أكبر. وTDI (تولوين ثنائي الإيزوسيانات) يُصنَّع في الغالب على هيئة خليط بنسبة 80:20 من الإيزومرين 2,4 و2,6، وهو الإيزوسيانات الرئيسي في الإسفنج المرن للأثاث والمراتب. وضغط بخار TDI أعلى من ضغط بخار MDI، ولذلك يتطلب ضوابط أشد للحد من التعرض له.

الإيزوسيانات الأليفاتية

تُستخدم الإيزوسيانات الأليفاتية (ومنها الحلقية الأليفاتية) مثل HDI وIPDI وH₁₂MDI في الغالب في الطلاءات التي يهمّ فيها اللون والشفافية، لأن أنواع البولي يوريثان المصنوعة بإيزوسيانات عطرية (MDI وTDI) تميل إلى أن يزداد لونها قتامة عند تعرضها للضوء.

محتوى NCO

محتوى NCO هو النسبة المئوية بالوزن لمجموعات NCO في الإيزوسيانات. وكلما ارتفع قلّت كمية الإيزوسيانات اللازمة، بالوزن، لتفاعل العدد نفسه من مجموعات OH. ولكل منتج إيزوسيانات محتوى NCO خاص به يُذكر في نشرة البيانات الفنية الخاصة به. ويقارن الجدول بين ثلاثة أنواع شائعة.

4. كيف يتفاعل البوليول مع الإيزوسيانات؟

عندما تتحد مجموعة NCO مع مجموعة OH تتكوّن رابطة يوريثان (RNCO + R'OH → RNHCOOR'‎) وتنطلق حرارة. وإذا حمل جزيء كل طرف مجموعتين تكوّنت سلاسل، وإذا حمل أحد الطرفين ثلاث مجموعات أو أكثر تكوّنت شبكة متشابكة. وفي الرغوة تجري عدة تفاعلات أخرى في الوقت نفسه:

يجب أن يظل التهلّم والنفخ في حالة توازن، وهذا يؤثر تأثيرًا كبيرًا في بنية الخلايا وفي الكثافة. وتتحكم المحفّزات (المحفّزات الأمينية والمركّبات الفلزية) في سرعة التفاعلات؛ ويمزجها المورّد عادةً في مكوّن البوليول. وفي الرغوة الصلبة يضيف عامل النفخ الفيزيائي غازًا أيضًا.

5. مؤشر الإيزوسيانات ونسبة الخلط: كيف تُحدَّد النسبة؟

يقارن مؤشر الإيزوسيانات كمية NCO المستخدمة فعليًّا بكمية NCO التي تتفاعل بالضبط مع جميع المجموعات التفاعلية في الخليط (أساسًا مجموعات OH في البوليولات وأي ماء موجود). والمؤشر 100 يعني توازنًا تامًّا؛ وإذا زاد على 100 فالإيزوسيانات زائدة، وإذا قلّ عن 100 فهي ناقصة. وتُصنع رغوات PIR (البولي إيزوسيانورات) بفائض من الإيزوسيانات أكبر بكثير مما في رغوات PUR العادية؛ راجعوا «ألواح العزل PIR وPUR: ما الفرق بينهما؟».

كيف تُحدَّد نسبة الخلط؟

نسبة خليط البوليول إلى الإيزوسيانات جزء من النظام نفسه. فهي تنتج عن المجموعات التفاعلية في المكوّنين وعن المؤشر المستهدف، ويحددها مصمّم التركيبة عند تطوير النظام. ولذلك فإن نسبة النظام الجاهز ثابتة: تُذكر في نشرة البيانات الفنية للنظام مع ظروف التشغيل، وينبغي استخدامها كما هي مذكورة فيها. وللاستفسار عن نسبة نظام بعينه أو مؤشره، يمكن لفريق JiTPOL الفني مساعدتكم.

زيادة الإيزوسيانات أو نقصانها

بوجه عام، يترك نقص الإيزوسيانات مجموعات OH دون تفاعل ويعطي بوليمرًا أكثر ليونة وأقل روابط تشابك، بينما تؤدي زيادتها إلى تكوّن روابط تشابك إضافية وبوليمر أصلب وأقل مرونة؛ ويتوقف الأثر الدقيق على النظام، ولذلك ينبغي اتباع النسبة المذكورة في نشرة البيانات الفنية.

6. ما المكوّن A وما المكوّن B؟

يُورَّد البولي يوريثان الصناعي عادةً على هيئة مكوّنين في حاويتين منفصلتين، لا يُخلطان إلا عند الاستخدام، مثلًا في رأس الخلط في الآلة أو في مسدس الرش. وفي تركيا وأوروبا يكون المكوّن A في الغالب خليط البوليول، والمكوّن B هو الإيزوسيانات، وهذا هو الاستخدام نفسه لدى JiTPOL. أما في أمريكا الشمالية فكثيرًا ما يُعكس معنى الحرفين. وهما عُرف تجاري وليسا معيارًا، وتختلف الممارسة من شركة إلى أخرى، ولذلك تحققوا دائمًا من الملصق ومن نشرة البيانات.

يتكوّن خليط البوليول في معظمه من البوليول، إضافةً إلى المضافات التي وازنها المورّد مسبقًا: المحفّزات، والمادة الخافضة للتوتر السطحي السيليكونية، وعامل النفخ، وفي بعض الأنظمة مادة مؤخِّرة للاشتعال وملوِّن.

7. كيف تُخزَّن البوليولات والإيزوسيانات وكيف تُناوَل؟

العدو الأول هو الرطوبة. فالماء يتفاعل مع الإيزوسيانات ويُطلق ثاني أكسيد الكربون، وفي البرميل المغلق قد يتراكم هذا الغاز ويولّد ضغطًا يكفي لانتفاخ البرميل أو تمزقه. لذلك تُحفظ الحاويات مغلقة ومحمية من الرطوبة، ولا يجوز إعادة تعبئة حاوية دخلها الماء ولو بكمية قليلة. وكثير من البوليولات استرطابية أيضًا: فالبوليول المتروك مفتوحًا يمتص الماء من الهواء الرطب. ويستهلك هذا الماء لاحقًا الإيزوسيانات ويُطلق ثاني أكسيد الكربون، فتتغير كثافة الرغوة وبنية خلاياها.

تختلف درجة حرارة التخزين ومدة الصلاحية وطريقة مناولة الحاويات من منتج إلى آخر. وهي مذكورة في نشرة البيانات الفنية وفي صحيفة بيانات السلامة (SDS) الخاصة بكل مادة، فاتبعوها واتبعوا تعليمات المورّد. وبوجه عام، خزّنوا المواد في مكان مغلق جيد التهوية، وأبقوا الإيزوسيانات بعيدًا عن الماء والكحولات والأمينات والبوليولات. وتنشر ISOPA، وهي الرابطة الأوروبية لمنتجي ثنائيات الإيزوسيانات والبوليولات، إرشادات للتخزين والنقل تخص TDI وMDI. وللحصول على نصيحة بشأن نظام بعينه، تواصلوا مع فريق JiTPOL الفني.

8. هل الإيزوسيانات ضارة؟

يتناول هذا القسم المواد الأولية السائلة؛ أما المنتج بعد معالجته فيتوقف أمره على نوعه (راجعوا ما هو البولي يوريثان؟). وتُعدّ البوليولات نفسها عمومًا منخفضة الخطورة، لكن خليط البوليول الجاهز يحتوي أيضًا على محفّزات (وبعض الأمينات قد تسبب تحسّسًا في الجلد) ومواد مؤخِّرة للاشتعال وعوامل نفخ، ولذلك له صحيفة بيانات سلامة خاصة به.

تتطلب الإيزوسيانات أكبر قدر من العناية. فاستنشاق البخار أو الرذاذ أو الهباء الجوي (الأيروسول) قد يهيّج العينين والأنف والرئتين، وقد يسبب تحسّسًا تنفسيًّا (أي حساسية) قد يؤدي إلى الربو المهني؛ ومتى أصبح الشخص متحسّسًا فقد يتفاعل مع تركيزات منخفضة جدًّا. وقد يسبب التلامس مع الجلد تهيّجًا والتهابًا جلديًّا تحسسيًّا، وقد يسهم في التحسّس التنفسي، ولذلك ينبغي تجنبه. وضغط بخار MDI منخفض عند درجة حرارة الغرفة، ولذلك يكون وجود MDI في الهواء مصدر قلق أساسًا عند تسخينه أو رشه؛ أما TDI فيتطلب ضوابط مثل التهوية بالشفط الموضعي. ولا تعملوا إلا باستخدام الضوابط ومعدات الوقاية المذكورة في صحيفة بيانات السلامة (SDS).

في الاتحاد الأوروبي، تُلزم اللائحة (EU) 2020/1149 (الملحق XVII من REACH، البند 74) المستخدمين الصناعيين والمهنيين للمواد أو المخاليط التي تحتوي على 0.1% أو أكثر بالوزن من ثنائيات الإيزوسيانات (منفردة أو مجتمعة) بإتمام تدريب قبل الاستخدام. وهي سارية منذ 24 أغسطس/آب 2023، ويجب تجديد التدريب مرة كل خمس سنوات على الأقل. ومنذ فبراير/شباط 2022 يتعين على الموردين أن يطبعوا على العبوة العبارة التالية (بنصها الإنجليزي): «As from 24 August 2023 adequate training is required before industrial or professional use»، أي اعتبارًا من 24 أغسطس/آب 2023 يلزم تدريب كافٍ قبل الاستخدام الصناعي أو المهني. وفي تركيا تُطبَّق لائحة KKDİK (لائحة تسجيل المواد الكيميائية وتقييمها وترخيصها وتقييدها، وهي شبيهة بلائحة REACH) ولائحة SEA الخاصة بالتصنيف ووضع الملصقات، وبموجب المادة 27 من KKDİK تُقدَّم صحيفة بيانات السلامة باللغة التركية.

9. نظام جاهز أم مواد أولية منفصلة؟ دور الشركات المتخصصة في أنظمة البولي يوريثان

تنتج المجموعات الكيميائية الكبرى MDI وTDI والبوليولات على نطاق صناعي. ومع ذلك فإن الحصول على رغوة صالحة للاستخدام يتطلب أيضًا البوليولات والمحفّزات والمادة الخافضة للتوتر السطحي وعامل النفخ والمادة المؤخِّرة للاشتعال المناسبة، بعد موازنتها ومطابقتها مع إيزوسيانات معينة. ويُطلق على الشركات التي تؤدي هذا العمل وتورّد حزمة جاهزة من مكوّنين اسم الشركات المتخصصة في أنظمة البولي يوريثان. ويختار المصنّعون الأنظمة الجاهزة للأسباب التالية:

• زوج متوافق واحد: يُوازَن الخليط والإيزوسيانات مسبقًا، فلا تبقى سوى نسبة واحدة ومؤشر واحد يلزم ضبطهما.
• مواد كيميائية أقل في موقع العمل: تصل المحفّزات والمواد الخافضة للتوتر السطحي والمواد المؤخِّرة للاشتعال وعوامل النفخ ممزوجة مسبقًا، ولا يتعامل معها المستخدمون عادةً كلٌّ على حدة.
• الخبرة في تصميم التركيبات: فكل من الألواح والوسائد وأعمال الرش يحتاج إلى توازن مختلف بين التفاعلية والانسياب والمعالجة.
• الوثائق والدعم: نشرة البيانات الفنية (TDS) وصحيفة بيانات السلامة (SDS) والمساعدة في التجارب.

JiTPOL شركة متخصصة في أنظمة البولي يوريثان مقرها بورصة. نصوغ ونطوّر ونورّد أنظمة ثنائية المكوّن للتطبيقات الصلبة والمرنة واللزجة المرنة وذات الجلد المتكامل وتطبيقات الرش، إلى جانب مواد فصل القوالب من إنتاجنا والكيماويات المساعدة. أخبرونا عن منتجكم وعملية الإنتاج لديكم، وسنقترح عليكم عائلة النظام المناسبة ونرسل إليكم TDS وSDS. ويمكن للمشترين من الخارج أن يبدؤوا بدليل استيراد أنظمة البولي يوريثان من تركيا.

الأسئلة الشائعة

المصادر

1. ويكيبيديا: البولي يوريثان (بالإنجليزية)
2. ويكيبيديا: البوليول (بالإنجليزية)
3. ويكيبيديا: الإيزوسيانات (بالإنجليزية)
4. Makowska وآخرون (2024)، Materials: رغوات البولي يوريثان الصلبة الصديقة للبيئة (بالإنجليزية)
5. Ivdre وآخرون (2020)، Polymers: مؤشر الإيزوسيانات في الرغوات الصلبة (بالإنجليزية)
6. Kurańska وآخرون (2025)، Materials: بوليولات «repolyols» الناتجة عن التحلل بالغليكول (بالإنجليزية)
7. Olszewski وآخرون (2022)، Polymers: النسب الستويكيومترية في الإسفنج المرن (بالإنجليزية)
8. ISO 14900: رقم الهيدروكسيل في البوليولات (بالإنجليزية)
9. Allport وGilbert وOutterside (محرِّرون)، MDI and TDI: Safety, Health and the Environment (Wiley, 2003)، الجزء 1 (بالإنجليزية)
10. Allport وGilbert وOutterside (محرِّرون)، MDI and TDI: Safety, Health and the Environment (Wiley, 2003)، الجزء 5: العلوم الداعمة (بالإنجليزية)
11. ACC / CPI: السلامة والمناولة لخلائط راتنجات البوليول (2022) (بالإنجليزية)
12. ACC / CPI: الآثار الصحية لثنائيات الإيزوسيانات (2013) (بالإنجليزية)
13. ACC / CPI: المناولة الآمنة لمادة MDI (2020) (بالإنجليزية)
14. Hanna Instruments: الرطوبة في البوليولات (بالإنجليزية)
15. ISCC: شرح موازنة الكتلة (بالإنجليزية)
16. OSHA: نظرة عامة على الإيزوسيانات (بالإنجليزية)
17. US EPA: المواد الكيميائية في رغوة البولي يوريثان المرشوشة (بالإنجليزية)
18. ISOPA: الخدمات اللوجستية والإشراف المسؤول على منتجات MDI وTDI (بالإنجليزية)
19. لائحة المفوضية الأوروبية (EU) 2020/1149 (ثنائيات الإيزوسيانات، الملحق XVII من REACH)، الجريدة الرسمية للاتحاد الأوروبي L 252، 4.8.2020 (بالإنجليزية)
20. لائحة KKDİK، المادة 27 (بالتركية؛ الجريدة الرسمية بتاريخ 23.6.2017، العدد 30105 مكرر)