הזיקית של החומרים ההנדסיים – האם פוליאוריתן הוא בכלל פלסטיק?

פוליאוריתן (PU) נחשב לאחד החומרים ההנדסיים הרב־גוניים ביותר בעולם התעשייתי שלנו: הוא משלב אלסטיות המזכירה גומי עם אפשרות לעיבוד ועיצוב האופייניים לפלסטיק. שילוב זה מעניק לו חוזק מכני, גמישות ועמידות גבוהה בפני שחיקה וקריעה – ולכן הוא מצא את דרכו למגוון יישומים, החל מצבעים וציפויים ועד חלקי רכב, סוליות נעליים ומכשור רפואי.

אבל כאן עולה השאלה: האם PU הוא באמת פלסטיק? מצד אחד הוא מתנהג כפולימר קלאסי – אפשר לייצר ממנו מוצרים קשיחים, לעבד אותו בתבניות ולשלב בו תוספים. מצד שני, הוא מפגין תכונות אלסטיות מובהקות המזכירות גומי. היכולת הזו "לשנות את עורו" – להיות פעם רך וגמיש, פעם קשיח ועמיד, ופעם מוקצף וקל – הופכת את הפוליאוריתן לזיקית של עולם החומרים

הכימיה שמאחורי הפוליאוריתן

פוליאוריתנים נוצרים בתגובה בין פוליאול (אלכוהול בעל יותר משתי קבוצות הידרוקסיל) לבין דיאיזוציאנט או איזוציאנט פולימרי, בנוכחות זרזים ותוספים. המבנה המתקבל כולל קבוצות אוריתן (–NH–C(O)–O–) ולעיתים גם קבוצות נוספות כמו אוריאה, אסטרים ואתרים. שילובים אלו מאפשרים שליטה רחבה בתכונות החומר: קשיחות, גמישות, מודול מכני, תאימות ביולוגית ועוד.

אחד ממאפייני הייחוד של פוליאוריתנים הוא קיום מקטעים רכים וגמישים לצד מקטעים קשים ונוקשים כאשר השליטה ביחס ביניהם משפיעה את תכונות החומר. המבנה הדו־פאזי הזה, והשליטה בתכונות החומר על ידי שינויים קלים במבנה הכימי, יוצרים חומרים בעלי עמידות מכנית גבוהה, גמישות ושחזור צורה – תכונות הנדרשות באלסטומרים, דבקים וציפויים.

מראשית הסינתזה ועד התעשייה המודרנית

נסקור כאן בקצרה את ציוני הדרך בפיתוח ומיסחור ה-PU

⬩ 1849: שארל-אדולף וורץ הצרפתי סינתז לראשונה מונואיזוציאנטים והדגים היווצרות קשרי אוריתן.

⬩ 1937: ד"ר אוטו באייר בגרמניה, שבאופן מפתיע לא הקים את Bayer המוכרת לנו עד היום, הצליח לסנתז פוליאוריתן ראשון בשיטה חדשה: תגובת פוליאדיציה (פילמור מדורג).

⬩ שנות ה־40: אלסטומרים פוליאוריתניים החלו לשמש כתחליף לגומי, שהיה נדיר ויקר במלחמת העולם השנייה.

⬩ 1953: החל הייצור המסחרי של פוליאוריתן מוקצף (PUF) בארה"ב. כיום קצף פוליאוריתני מהווה מעל 70% מהשוק העולמי של PU.

⬩ שנות ה-60 ועד שנות ה-80: מתגלים יישומים חדשים – קצפים מוקצפים לנעליים ולריפוד, ציפויים עמידים בפני שחיקה, רכיבי אלקטרוניקה מוגנים בחומר מוקצף.

⬩ 1983, אנקדוטה מעניינת בתעשיית הרכב: השקת הפונטיאק פיירו, “רכב הספורט הגרוע בהיסטוריה" עם מרכב פלסטי שנטה להתלקח ולא עזר בהפחתת המשקל. 

⬩ בתעשיית המדיקל: בעשורים האחרונים נכנס ה-PU גם לעולם הרפואי – דבקים וצנתרים גמישים, שתלים עמידים, ציפויים ביוקומפטיביליים.

כיום קיימות אינספור טכנולוגיות ייצור, כולל שימוש בזרזים מבוססי בדיל וחומרים פעילי שטח סיליקוניים, שאפשרו ייצור קצף זול ויעיל בתהליך חד־שלבי.

אלסטומרים, דבקים וציפויים

אלסטומרים פוליאוריתניים (PUE) משמשים במגוון רחב של יישומים – מתעשיית הרכב והתעופה ועד ציוד ספורט ורפואה. הם מאופיינים בעמידות בפני שחיקה, שמנים ועייפות. לצידם, דבקים וציפויים פוליאוריתניים מבוססי ממס, מים או מדיום תגובתי. מערכות ממסיות מעלות חששות סביבתיים עקב פליטות נדיפים (VOC), ולכן נעשים מאמצים לעבור לנוסחאות ירוקות יותר.

חדשנות: פוליאוריתנים פונקציונליים ו-Bio Based

בשנים האחרונות פותחו פוליאוריתנים בעלי תכונות ייחודיות: מוליכות חשמלית, ריפוי עצמי, זיכרון צורה, תכונות אנטיבקטריאליות ועוד. במקביל, מתרחב השימוש במשאבים מתחדשים – שמנים צמחיים, ליגנין ועמילן – להפקת פוליאולים המיועדים לסינתזה של PU. כך ניתן להגיע לתכולת ביו-מסה של עד 90% בתרכובות, תוך הפחתת טביעת הרגל הפחמנית.

יישומים ביו־רפואיים

פוליאוריתנים נחשבים לאחת המשפחות המרכזיות של חומרים ביו-קומפטביליים ותואמי־דם. השימושים כוללים מכשור רפואי, צנתרים, הנדסת רקמות ורפואה קרדיווסקולרית.

נהוג לסווגם למספר קבוצות של PU:

⬩ מבוססי פוליאסטר: בעלי עמידות מוגבלת בהשתלות ארוכות טווח עקב פירוק הידרוליטי מהיר.

⬩ מבוססי פוליאתר: יציבים הידרוליטית אך נוטים לפירוק חמצוני.

⬩ מבוססי פולי־קפרולקטון: משמשים כדבקים רפואיים בזכות התגבשות מהירה.

⬩ מבוססי פוליבוטדיאן: מספקים אלסטיות גבוהה.

⬩ מבוססי שמן קיק: משלבים גמישות עם תאימות ביולוגית מצוינת.

מגמות בשוק הגלובלי

ענף הפוליאוריתנים חווה בשנים האחרונות תנודות חדות, עם פערים בין אזורים גיאוגרפיים שונים:

אירופה – ירידה מתונה מהצפוי

הייצור האירופי של פוליאוריתן מוקצף (PUF) גמיש ירד בשנת 2024 ב־2.7% והסתכם בכ־893,200 טון. הירידה מתונה בהרבה מהתחזיות הפסימיות שציפו לצניחה של כ־10%. מגמה זו מסמנת האטה בקצב ההתכווצות: לאחר ירידה של 5% ב־2023 ויותר מ־10% ב־2022. הביקוש באירופה הושפע בעיקר מסטגנציה בשוק המקומי, התייקרות הייצור ותחרות.

מזרח אירופה – מגמת עלייה מפתיעה

מנגד, הייצור במזרח אירופה דווקא זינק ב־17.9% בשנת 2024 והגיע ל־223,200 טון. רוסיה מובילה את העלייה, עם מפעלים בתפוקה מלאה. פולין, מהיצרניות הגדולות ביותר ביבשת, רשמה ירידה קלה של 1.2% ל־203,400 טון. טורקיה עקפה מעט את פולין כבר ב־2023, אף כי גם היא סבלה מירידה של כ־5% בהיקפים.

סין – יצרנית מובילה תחת לחץ

סין נותרה יצרנית הפוליאוריתנים הגדולה בעולם עם צריכה שנתית של כ־12 מיליון טון, אך גם שם ניכרת האטה. לאחר ירידה בשנת 2022 נרשמה התאוששות קלה ב־2023. ענף ההנעלה, אחד מהצרכנים העיקריים של PU, נפגע משמעותית ממדיניות מכסי הגומלין האמריקאית. הדבר הוביל להסטת חלק גדול מייצור הסוליות למדינות שכנות כמו וייטנאם ותאילנד.

אתגרים גלובליים וחדשנות סביבתית

בהיעדר סימנים ברורים להתאוששות בביקוש האירופי, ובצל תחרות גוברת ממזרח אסיה, נמשכת מגמת הקונסולידציה בתעשייה העולמית. יצרנים מתמקדים בהפחתת עלויות ובפתרונות סביבתיים, ביניהם:

⬩ צמצום איזוציאנטים חופשיים באמצעות זיקוק ואופטימיזציה של תהליכי הפלמור.

⬩ חדשנות בתהליכי יציקה – שילוב בין יציקה חמה ופלמור קר, המפחית עד 60% מצריכת האנרגיה.

⬩ מעבר לחומרי גלם מבוססי ביו־מסה – פיתוח פוליאולים ביו־אסטר וביו־אתר עם תכולה של עד 90% חומרים מתחדשים בתרכובת.

הצעדים הללו לא רק מפחיתים את טביעת הרגל הפחמנית, אלא גם מייצרים ערך מוסף ליצרנים באזורים שמחויבים לעמידה בסטנדרטים סביבתיים מחמירים, במיוחד באירופה.

ונסיים בזווית הישראלית

בשנת 2022 יובאו לישראל למעלה מ-34,000 טונות של חומרי גלם פוליאוריתניים. ענף הפוליאוריתן בישראל מגוון ומתוחכם – החל מייבוא חומרי גלם בסיסיים והקצפה שלהם לייצור מזרנים, דרך צנרת רפואית לייצור מערכות מינון לתרופות כימותרפיות ועד ליישומי ביטחון, תעופה וחלל שהשתיקה יפה להם.

נפרגן כאן לקומץ הייחודי של החברות שמובילות את הענף הזה כבר יותר מחמישים שנה בישראל ואף בעולם:

⬩ פוליאורטן החיפאית, של משפחת קצנשטיין, שקשורה בהסכמי ידע ואספקת חומרי גלם עם חברת Bayer הגרמנית.

⬩ וולטה בלטינג טכנולוג'י מכרמיאל שמייצרת ומוכרת בכל העולם חגורות לשינוע, עם התמחות מיוחדת בחגורות לענף המזון.

⬩ פולירית מקיבוץ זיקים שמציעה חבילת פתרונות, הכוללת הנדסה מחדש המאפשרת התאמה של טכנולוגיית הזרקת הפוליאוריתן (RIM) למוצרים קיימים עבור מגוון רחב של תעשיות כולל רכב כבד (משאיות, אוטובוסים ורכבות).

⬩ מקיבוץ זיקים מגיעים גם מזרני פולירון – מוצר חדש "פולירול" מאפשר דחיסה של קצף ה-PU לקרטון צר.

⬩ לא רחוק משם, בתעשיות פולימרים אשקלון, הדור הרביעי של משפחת מנדלבוים ממשיך להקציף פוליאוריתן במגוון תצורות.

⬩ חברת רשיונל סיסטמס בראשון לציון, מייצרת מארזים ומערכות עבור מכונות רפואיות ולתעשייה התעופה הביטחונית.

נאחל לכולן המשך הצלחה ויצירתיות עם פתרונות ה-PU כחול לבן.