يعمل عزل البولي يوريثين، الذي يُعرف غالبًا باسم PU، كمادة حرارية بسبب هيكله الخلوي المغلق الذي يحبس فعليًا تلك الغازات ذات التوصيلية المنخفضة داخله، مما يجعل انتقال الحرارة أكثر صعوبة. يمكننا الحصول على هذه المادة على شكل ألواح صلبة أو كرذاذ رغوي، وتُظهر الاختبارات أن التوصيل الحراري يتراوح بين 0.02 و0.025 واط لكل كلفن متر. مما يجعله أفضل بمرتين تقريبًا في العزل مقارنةً بمواد الألياف الزجاجية التقليدية. ووجد باحثون في وزارة الطاقة الأمريكية أن هذه الألواح PU تحتفظ بقيم R الخاصة بها ثابتة إلى حد كبير مع مرور الوقت، على الرغم من أن هناك بعض التغيرات الطفيفة قد تحدث عندما تستقر الغازات المحبوسة أخيرًا في مكانها داخل المادة نفسها.
ما الذي يجعل مادة البولي يوريثين فعالة إلى هذه الدرجة؟ لا تبحث بعيدًا، فالسبب يكمن في تركيبتها الخلوية الفريدة التي تشبه نمط العسل السداسي، حيث تكون حوالي 90 إلى 95 بالمائة من تلك الخلايا الصغيرة مغلقة بالفعل. داخل هذه الجيوب الهوائية الصغيرة، نجد في كثير من الأحيان عوامل توسيد صديقة للبيئة تقوم بعملها، مما تُنتج تأثيرًا عازلًا يوقف انتقال الحرارة بالتوصيل والحمل. عندما يرغب المصنعون في إنتاج ألواح من مادة البولي يوريثين صلبة، فإنهم يخلطون بين راتنجات البوليول والايسيانات. والتفاعل الكيميائي الناتج هو ما يُنتج هذه المادة الكثيفة التي تقاوم أيضًا الرطوبة بشكل جيد. والأهم من ذلك بالنسبة لتطبيقات البناء، فهي قادرة على تحمل ضغوط هيكلية تصل إلى حوالي 40 رطلاً لكل بوصة مربعة قبل أن تظهر عليها أي علامات إجهاد.
يتميز البولي يوريثين بقدرته العالية على مقاومة انتقال الحرارة عبر الجدران ومنع تسرب الهواء من حولها. عندما يتم تركيبه على شكل ألواح مستمرة بدلاً من الألواح التقليدية التي تترك فراغات بينها، فإن المباني توفر فعليًا نسبة جيدة من تكاليف الطاقة – حوالي 15 إلى 30 بالمئة وفقًا لعدة دراسات. تشير الاختبارات التي أجراها أطراف ثالثة إلى أن هذه المواد تحتفظ بعد عقدين من الزمن بنسبة تصل إلى 94٪ من قدرتها العازلة الأصلية، وهو ما يتفوق على ما نراه عادةً في أنواع أخرى من الألواح الرغوية، خاصةً في الظروف القاسية أو الرطبة. وبالحديث عن الرطوبة، فإن للبولي يوريثين خاصية رائعة تمنع بخار الماء من المرور بسهولة (أقل من تقييم 1 perm). وهذا يعني أن احتمال حدوث أضرار هيكلية بسبب دخول الرطوبة داخل المادة على المدى الطويل تصبح أقل بكثير.
من حيث منع الحرارة، تتميز ألواح البولي يوريثين حقًا مقارنة بمواد أخرى موجودة في السوق. تتراوح التوصيلية الحرارية أو قيمة k بين 0.022 و 0.025 واط/م·ك، وهي أفضل بنسبة 35٪ تقريبًا من الألياف الزجاجية التي تبلغ 0.04 واط/م·ك، وأفضل بنسبة 25٪ تقريبًا من خيارات البوليسترين. ما الذي يجعل هذا ممكنًا؟ حسنًا، المادة لها بنية خلوية مغلقة تحبس في الواقع غازات خاملة، مما يجعل من الصعب على الحرارة المرور من خلالها. وقد أظهرت اختبارات صناعية باستخدام طرق مثل ASTM C518 أن هذه الخصائص تبقى ثابتة على مدار العديد من السنين. وهذا يختلف تمامًا عن منتجات الصوف المعدني، حيث تميل الأداء إلى الانخفاض بنسبة 15٪ تقريبًا عندما يتم الضغط عليها بمرور الوقت.
تحتوي عبوات العزل من البولي يوريثين على أداء متميز من حيث مقاييس الكفاءة. فبمعدل 6.5 قيمة عزل لكل إنش، توفر هذه المادة ما يقارب الضعف مقارنة بما يمكن أن تقدمه السليلوز، وحوالي مرة ونصف ما تقدمه مادة البوليسترين الموسع. وبحسب أبحاث الصناعة، فإن معظم العينات ما زالت تحتفظ بحوالي 98% من قدرتها العازلة الأصلية حتى بعد مرور 15 عامًا على تركيبها. وهذا رقم مثير للإعجاب مقارنةً بعازل الرغوة المُرشَّشة الذي تنخفض كفاءته عادةً إلى حوالي 88% مع مرور الوقت. ما يميز البولي يوريثين حقًا هو قدرته العالية على التعامل مع تسرب الحرارة الذي تعاني منه مواد أخرى مثل الألياف الزجاجية ولوحات الرغوة. أظهرت الاختبارات الميدانية أن هذه التركيبات تقلل من الفاقد في الطاقة عند نقاط الاتصال بنسبة تقارب 40%، مما يجعلها خيارًا ذكيًا للمباني التي تكون فيها السيطرة على درجة الحرارة أمرًا بالغ الأهمية.
يتميز البولي يوريثان بثباته العالي في نطاق واسع من درجات الحرارة، بدءًا من -50 درجة مئوية وصولًا إلى +120 درجة. هذا يجعله مناسبًا تمامًا لتخزين الأشياء في المستودعات شديدة البرودة وعزل المباني في المناخات الصحراوية الحارة. عندما ترتفع مستويات الرطوبة (80% رطوبة نسبية أو أكثر)، يمتص البولي يوريثان حوالي 1% فقط من الرطوبة أو أقل. هذا في الواقع جيد جدًا لأنه يمنع نمو العفن ويمنع التحلل الحراري الناتج عن الحرارة الذي نراه في مواد مثل السليلوز. قد تواجه منتجات السليلوز صعوبة بالغة عندما تصل الرطوبة إلى حوالي 90%، مما يفقدها ما يقرب من 20% من فعاليتها. وقد أظهرت الاختبارات الواقعية في مرافق التخزين البارد أن التحول إلى عزل البولي يوريثان يقلل من تكاليف التدفئة والتبريد السنوية بنحو 32% مقارنةً برغوة XPS التقليدية، وهو أمر مهم بشكل خاص عندما تنخفض درجات الحرارة إلى ما دون الصفر.
تعمل البنية الخلوية المغلقة للبولي يوريثان كحاجز طبيعي ضد الرطوبة، حيث تمتص أقل من 1٪ من الماء حتى عند مستوى رطوبة 90٪. هذا يمنع الحركة الشعرية التي تؤدي إلى تكون العفن في مواد مثل الألياف الزجاجية أو الصوف المعدني. وعلى عكس المواد الأخرى القابلة للامتصاص، يحافظ البولي يوريثان على أداء حراري ثابت عند التعرض للأمطار أو التكاثف أو الرطوبة الأرضية.
يمكن للألواح البولي يوريثينية تحمل قوى الضغط التي تتجاوز بكثير 150 كيلو باسكال، وهو ما يكفي من حيث القوة للسماح لها بدعم الأسطح التي تحتاج إلى تحمل تراكم الثلوج أو المرور العرضي للأقدام. يتمتع هذا المكون هيكلًا متقاطعًا خاصًا على المستوى الجزيئي يقوم بتوزيع الضغط بالتساوي على كامل السطح، مما يمنعه من التشقق تحت الضغط أو الانحناء بشكل دائم. وبفضل هذه الخصائص، تعمل هذه الألواح بشكل جيد للغاية كمواد أساسية داخل تلك الألواح المركبة المستخدمة في العديد من المباني الصناعية، حيث يعد العزل الجيد مع الدعم الهيكلي القوي ضروريًا تمامًا للوظيفة السليمة.
تُظهر الاختبارات التي تُسرّع عملية الشيخوخة لمحاكاة ظروف ساحلية تمتد لحوالي 30 عامًا أن مادة البولي يوريثين تحتفظ بمقاومتها للرطوبة بشكل جيد إلى حدٍ ما، مع بقاء التدهور تحت 5%. من حيث التحمل أمام الظروف الساحلية القاسية، فإن مادة البولي يوريثين تتفوق بوضوح على رغوات XPS و EPS. هذه المواد ليست جيدة بنفس القدر في مواجهة عمليات التجمد والذوبان المتكررة أو التعرض لرش الماء المالح، مما يؤدي بمرور الوقت إلى تكوّن شقوق دقيقة. عند النظر إلى الصور الحرارية للجدران المعزولة بمادة البولي يوريثين بعد تعرضها لجميع أنواع التغيرات الحرارية الشديدة بين ناقص 30 درجة مئوية و50 درجة، يُلاحظ أمرًا مثيرًا للاهتمام: لا توجد أي جسور باردة على الإطلاق رغم عقود من هذه التغيرات الحرارية العنيفة.
في ساحة البناء اليوم، أصبحت الألواح البولي يوريثينية من المواد الشائعة إلى حد كبير. فهي توفر قيم عزل تصل إلى نحو 6.5 لكل إنش، وهو ما يعادل تقريبًا زيادة بنسبة 30 بالمئة مقارنة بما نحصل عليه من الألياف الزجاجية العادية. ما يجعل هذه الألواح فعّالة إلى هذه الدرجة؟ حسنًا، تصميمها المغلق والمضغوط يقلل فعليًا من انتقال الحرارة عبر الجدران والسقوف بنسبة تتراوح بين 40 و50 بالمئة مقارنة بالمواد القديمة. يفضّل العديد من المهندسين المعماريين العمل مع هذه الألواح عندما يحتاجون إلى تحديث المباني القديمة دون تغيير مظهرها الأصلي. يمكن تصنيع هذه الألواح بسمك قليل أحيانًا يصل إلى 20 ملليمتر، كما أنها تُشكَّل بسهولة لتلائم تلك الأسطح المنحنية الصعبة التي تظهر غالبًا في المباني التاريخية.
في التخزين البارد، تحافظ ألواح البولي يوريثين على درجات حرارة تتراوح بين -30°م و+25°م باستخدام سماكة 12-15 سم فقط. تشير التقارير إلى انخفاض بنسبة 35% في تكاليف الطاقة السنوية بفضل تقليل دورات تشغيل الضاغط. ووجدت دراسة أجريت عام 2023 على 50 مصنعًا صناعيًا أن الهياكل العازلة بالبولي يوريثين خفضت تسرب المبردات بنسبة 18% مقارنةً بالهياكل العازلة ببوليمر البوليستيرين الموسع (EPS).
| الممتلكات | PIR (البولي أيزوسايانورات) | PUR (البولي يوريثين) |
|---|---|---|
| التوصيل الحراري | 0.022 واط/م·ك | 0.028 واط/م·ك |
| أداء مقاومة الحريق | الفئة B1 (EN 13501-1) | الفئة E (يتطلب إضافات) |
| السمك النموذجي | 100-200 ملم | 80-150 مم |
| الأنسب لـ | جدران المباني الشاهقة المقاومة للحريق | تجديد الأسطح بأسلوب كفاءة الطاقة |
يُفضل مادة PIR في تصميم المنازل السلبية بسبب إمكانية احتجازها الحراري المنخفضة (GWP 1,230 مقارنة بـ PUR GWP 1,450)، في حين يُفضل مادة PUR في الأسطح الصناعية حيث تكون مقاومة التأثير أمرًا بالغ الأهمية. تحتوي كلا المادتين الآن على نسبة تتراوح بين 15-30% من المحتوى المعاد تدويره في الأسواق الرائدة في الاتحاد الأوروبي.
يتفوق البولي يوريثين على المواد التقليدية من حيث الكفاءة الحرارية. مع قيمة k تصل إلى 0.022 واط/م·ك 50% أقل من الفيبر جلاس (0.040 واط/متر·كلفن)، فإنه يحقق قيم مقاومة حرارية أعلى (6.5 لكل إنش) باستخدام تركيبات أرق. مما يسمح بالامتثال لمعايير العزل مع الحفاظ على المساحة، وهي ميزة كبيرة في عمليات التجديد والتصميمات المدمجة.
على سبيل المثال:
| المادة | الconductivity الحرارية (W/mK) | معدل R لكل إنش |
|---|---|---|
| بولي يوريثان | 0.022 | 6.5 |
| الفايبر جلاس | 0.040 | 3.7 |
| رغوة البوليسترين | 0.035 | 4.0 |
تُظهر الدراسات أن قدرة البولي يوريثين على العزل أفضل بنسبة 700% من الطوب، وأعلى بنسبة 30% من العزل الرغوي المُرشوش على مدى عشر سنوات.
على الرغم من أن مادة البولي يوريثان تكلف 20-40% أكثر من الفيبرجلاس في البداية، إلا أن متانتها وكفاءتها توفران ادخارًا كبيرًا. تشير التقارير إلى أن المباني المعزولة بمادة البولي يوريثان أقل بنسبة 25-30% في تكاليف التدفئة والتبريد السنوية ، مع متوسط فترات استرداد تتراوح بين 5 إلى 7 سنوات. وعلى عكس الألواح الرغوية التي تتدهور سريعاً في الأماكن الرطبة، فإن مادة البولي يوريثان تحافظ على أدائها لأكثر من 30 سنة، مما يقلل من الحاجة إلى الاستبدال.
من المؤكد أن الإنتاج يستهلك الكثير من الطاقة، لكن التحسينات الأخيرة في إعادة التدوير قللت بشكل كبير من البصمة البيئية للبولي يوريثين. يمكن أن تحتوي المنتجات الحديثة في الواقع على ما يصل إلى تسعين بالمائة من المواد المعاد تدويرها، إضافة إلى تصميم خلايا مغلقة يمنع تسرب تلك الغازات الدفيئة المزعجة. وفي الوقت نفسه، تُنتج الألياف الزجاجية حوالي عشرين بالمائة من النفايات في مكبات القمامة، وذلك لأنها لا تدوم طويلاً وتحتوي على مواد رابطة لا تتحلل بسهولة. من الواضح أن لا توجد مادة عازلة خضراء بالكامل، لكن عند النظر إلى مجمل توفير الطاقة بمرور الوقت، إلى جانب تحرك الشركات نحو عمليات اقتصادية دائرية، يبقى البولي يوريثين أحد أفضل الخيارات المتاحة حالياً للمباني التي تهدف إلى تقليل الانبعاثات الكربونية.
توفر العزلة البولي يوريثينية كفاءة حرارية متفوقة بفضل قيمة k منخفضة، وقيمة R مرتفعة لكل بوصة، ومقاومة للرطوبة، ومتانة طويلة الأمد، مما يجعلها فعالة في توفير الطاقة والاستدامة.
يبقى البولي يوريثان مستقرًا في نطاق درجات حرارة من -50°م إلى +120°م، ويمتص كمية قليلة من الرطوبة، مما يجعله مناسبًا للمناخات المتنوعة ويمنع نمو العفن وتدهور المواد.
نعم، ساعدت عمليات إعادة التدوير المحسّنة في تقليل تأثيره البيئي، كما تسهم الأداء العالي والمتانة الطويلة الأمد للبولي يوريثان في خفض الانبعاثات الكربونية في المباني.
EN
