اعلام فراخوان جدید ذیل برنامه حمایت از پژوهش عمیق شرکت‌های دانش‌بنیان؛
فراخوان «سنتز پلی‌استر پلی‌ال و پلیمریک پلی‌ال‌های پایه استری جهت جایگزینی با پلی‌اتر پلی‌ال‌ها به‌منظور تولید فوم‌های فلکسی HR»
توضیحات فراخوان
امروزه سامانه‌های پلی‌یورتانی دو جزئی به‌دلیل ارائه خواص فیزیکی- مکانیکی مطلوب و مقاومت مناسب در محیط‌های شیمیایی به یکی از پرکاربردترین مواد در حوزه‌های ساختمانی، لوازم خانگی، زیره‌های کفش، چسب‌ها و... تبدیل شده‌اند. فوم‌های پلی‌یورتانی را می‌توان با گریدهای مختلف باتوجه به کاربرد آن و خواص مورد نیاز همچون عایق بودن، ضدسایش بودن، انعطاف‌پذیری، کشسانی، چسبندگی، برگشت‌پذیری، مقاومت در برابر مواد شیمیایی و... در دانسیته‌های مختلف طراحی کرد.
هدف از این پژوهش، توسعه پلی‌ال‌های پلی‌استری و پلی‌ال‌های پلیمری پایه استری به‌منظور جایگزینی با پلی‌ال‌های پلی‌اتری رایج و دستیابی به فوم‌های پلی‌یورتانی با استحکام مکانیکی بالا در عین حفظ انعطاف‌پذیری از یک سو و کاهش هزینه تمام شده از طریق کاهش دانسیته فوم از دیگر سو است.
پیشنیه مسئله پژوهش:
فوم‌های پلی‌یورتان از جمله موادی هستند که به دلیل ویژگی‌های قابل کنترل، در صنایع مختلف به کار می‌روند و در انواع سخت تا انعطاف‌پذیر و مقاوم در برابر تغییر شکل تولید می‌شوند. فوم‌های فلکسی با خاصیت ارتجاعی بالا HR (High Resilience ) نوعی از فوم‌های پلی‌یورتانی هستند که به‌دلیل دوام زیاد و توانایی جذب انرژی شناخته می‌شوند. این فوم‌ها به طور گسترده در کاربردهایی مانند مبلمان، صندلی‌های خودرو، تشک‌ها و تجهیزات ورزشی استفاده می‌شوند. فوم‌های HR دارای ظرفیت تحمل بار بالا، بازیابی سریع پس از تغییر شکل و ساختار سلولی یکنواخت هستند که تنفس‌پذیری و راحتی را بهبود می‌بخشد.
پلی‌یورتان از واکنش شیمیایی بین ایزوسیانات‌ها و پلی‌ال‌ها سنتز می‌شود. دو نوع اصلی پلی‌ال در سنتز پلی‌یورتان استفاده می‌شوند: پلی‌استر پلی‌ال‌ها و پلی‌اتر پلی‌ال‌ها.
پلی‌اتر پلی‌ال‌ها از مهم‌ترین مواد اولیه در تولید پلی‌یورتان‌ها به‌شمار می‌روند. یکی از مزایای اصلی پلی‌اتر پلی‌ال‌ها، بخشیدن انعطاف‌پذیری بالا به فوم‌های پلی‌یورتانی است که ریشه در انعطاف‌پذیری زنجیر اصلی و حضور پیوندهای اتری (-C-O-C-) دارد. وجود گروه‌های عاملی کم‌تر در مقایسه با پلی‌استر پلی‌ال‌ها (متوسط تعداد گروه‌های هیدروکسیل در زنجیر) نیز به دلیل کاهش دانسیته اتصالات عرضی در فوم‌های پلی‌یورتانی انعطاف‌پذیری را افزایش می‌دهد. این مواد دارای جذب رطوبت پایین و پایداری شیمیایی بالایی در برابر اسیدها و بازها هستند. این ویژگی‌ها باعث شده‌اند که پلی‌اتر پلی‌ال‌ها در تولید فوم‌های انعطاف‌پذیر برای مبلمان، تشک‌ها، صندلی‌های خودرو و صنایع بسته‌بندی کاربرد گسترده‌ای داشته باشند.
پلی‌استر پلی‌ال‌ها دسته دیگری از پلی‌ال‌های کاربردی در سنتز پلی‌یورتان‌ها هستند که از واکنش بین دی‌اسیدها و دی‌ال‌ها به دست می‌آیند. این مواد به‌دلیل برخورداری از گروه‌های استری (-COO-) در زنجیر اصلی و اجزای آلیفاتیک یا آروماتیک ذاتاَ سختی بالاتری نسبت به پلی‌اتر پلی‌ال‌ها دارند. همچنین، برهم‌کنش‌های هیدروژنی بین زنجیری در این پلی‌ال‌ها استحکام مکانیکی بالایی به فوم‌های حاوی این مواد می‌بخشد.
پلی‌ال‌های پلیمری نوعی پلی‌ال با وزن مولکولی بالا و ساختار پیچیده هستند که معمولاً شامل گروه‌های هیدروکسیل متعدد می‌باشند. این پلی‌ال‌ها از پلیمریزاسیون مونومرهای وینیلی مانند استایرن، وینیل‌استات، اکریلونیتریل و ... در یک ماتریس پایه (معمولاً پلی‌ال پلی‌اتری) تولید می‌شوند. ساختار آن‌ها شامل ذرات پلیمری پراکنده در یک فاز پلی‌ال است که ترکیبی از ویژگی‌های هر دو را ارائه می‌دهد. پلی‌ال‌های پلیمری به دلیل وجود ذرات پلیمری، خواص مکانیکی، تحمل بار و پایداری حرارتی فوم‌های تولید شده را بهبود می‌دهند.
با وجود مزایای متعدد، پلی‌اتر پلی‌ال‌ها دارای محدودیت‌هایی نیز هستند. یکی از چالش‌های اصلی، مقاومت نسبتاَ کم آن‌ها در برابر حرارت است که استفاده از آن‌ها را در برخی کاربردهای خاص محدود می‌کند. همچنین، فوم‌های تولید شده با این مواد در مقایسه با پلی‌استر پلی‌ال‌ها از استحکام مکانیکی و پایداری ابعادی کم‌تری برخوردارند. در کاربردهایی که نیاز به مقاومت بالا در برابر بارهای مکانیکی یا شرایط محیطی دشوار وجود دارد، پلی‌اتر پلی‌ال‌ها ممکن است گزینه مناسبی نباشند. از سوی دیگر، عمده‌ترین تفاوت بین این دو پلی‌ال، قیمت تمام‌شده پایین‌تر نمونه پلی‌استری ناشی از هزینه کم‌تر مواد اولیه و فرآیند تولید آن‌ها است به‌گونه‌ای که پلی‌استر پلی‌ال‌ها به‌طور میانگین حداقل ۲۰٪ ارزان‌تر از پلی‌اتر پلی‌ال‌ها می‌باشند.
در حال حاضر، تمامی سامانه‌های پلی‌یورتانی مورد استفاده در فوم‌های فلکسی در ایران برپایه پلی‌اتر پلی‌ال می‌باشند که دانسیته‌ای در محدوده ۳۵ تا kg/m3 ۴۵ دارند. ازاین‌رو، این شرکت دانش‌بنیان قصد دارد با هدف بهبود خواص فیزیکی- مکانیکی، به توسعه پلی‌ال‌های پلی‌استری و فلکسی فوم‌هایی بپردازد که در آن‌ها پلی‌اتر پلی‌ال با پلی‌استر پلی‌ال جایگزین شده و دانسیته و هزینه نهایی تولید پایین‌تری نسبت به فوم‌های پلی‌یورتانی فعلی دارد.
شرح مسئله پژوهش:
در ابتدا و به‌منظور تولید فوم‌های فلکسیHR با عملکرد بالا، طراحی یک فرمولاسیون دقیق و بهینه جهت سنتز پلی‌استر پلی‌ال ضروری است. این فرمولاسیون می‌تواند شامل مونومرهای دی‌اسیدی مانند آدیپیک اسید (با نقش در افزایش انعطاف‌پذیری و مقاومت هیدرولیزی)، مالئیک انیدرید (برای ایجاد شبکه‌های متراکم‌تر و مقاومت حرارتی بهتر)، و فتالیک انیدرید (برای بهبود سختی و خواص مکانیکی) باشد. از طرف دیگر، مونومرهای دی‌الی و پلی‌الی نظیر اتیلن گلایکول (برای کاهش ویسکوزیته و بهبود انعطاف‌پذیری)، پروپیلن‌گلایکول (با نقش در افزایش مقاومت به هیدرولیز و خاصیت آب‌گریزی)، پلی‌اتیلن گلایکول، پلی‌پروپیلن گلایکول (برای تنظیم سختی و نرمی)، و گلیسرول (جهت افزایش دانسیته اتصالات عرضی و بهبود خواص مکانیکی) می‌توانند در این فرمولاسیون به‌کار گرفته شوند. همچنین، مجری طرح می‌تواند از محصولات پلی‌استر پلی‌ال شرکت نیز برای فرمولاسیون استفاده کند.
در مرحله دوم، واکنش پلیمریزاسیون مونومر استایرن در حضور پلی‌استر پلی‌ال انجام می‌شود. این فرآیند منجر به تولید ذرات پلیمری پراکنده با اندازه کم‌تر از ۱۰۰۰میکرومتر در پلی‌ال می‌شود که می‌توانند نقش کلیدی در توزیع یکنواخت فوم، افزایش سختی و کاهش انقباض داشته باشند. علاوه بر این، حضور ذرات پلیمری می‌تواند به کنترل سلول‌های باز و بسته در ساختار فوم کمک کند و ویژگی‌هایی مانند جذب شوک و ارتجاع‌پذیری را بهینه نماید.
در نهایت، باید فرمولاسیون سامانه پلی‌یورتانی برای تهیه فوم فلکسی با دانسیته kg/m3 ۳۰-۳۵ به‌طور دقیق در مقیاس پایلوت تنظیم و بهینه شود. این مرحله شامل انتخاب صحیح ایزوسیانات و افزودنی‌هایی نظیر عوامل کاتالیستی، سورفکتانت‌ها، و عوامل فوم‌ساز می‌باشد. بهینه‌سازی نسبت پلی‌ال به ایزوسیانات (معمولاً نسبت NCO/OH) و شرایط فرآیندی نظیر دما، فشار، و زمان واکنش نیز ضروری است. تولید نهایی فوم در دستگاه تزریق صنعتی با کنترل دقیق فرآیند انجام می‌شود. در صورت نیاز، نحوه فرمولاسیون سامانه پلی‌یورتانی برای تهیه فوم فلکسی توسط شرکت به مجری طرح به‌طور کامل ارائه خواهد شد.
چالش نیاز فناورانه:
- جدایش فازی در حین سنتز و پایداری نامناسب در دمای C° ۱۲۰ ناشی از جایگزینی پلی‌ال‌های پلی‌اتری با پلی‌ال‌های پلی‌استری؛
- انتشار بوی شدید در محصول به دلیل تبدیل نشدن کامل مونومر استایرن در حین فرآیند سنتز؛
- جدایش فازی حین سنتز در صورت عدم سازگاری مناسب پلی‌استر با مونومر استایرن؛
- ایجاد ساختار سلولی بسته ناشی از به‌کارگیری عوامل فعال سطحی برای پایداری؛
- بیش از 3% انقباض محصول در قالب به دلیل وجود مونومر باقی‌مانده؛
- حفظ خواص محصول نهایی در مقایسه با نمونه‌های مشابه خارجی برپایه پلی‌اتر پلی‌ال‌ها.
گام‌های تحقیقاتی و الزامات طرح:
- گام‌های تحقیقاتی اصلی طرح پیشنهادی حاضر شامل موارد زیر می‌باشد:
- سنتز پلی‌ال‌های پلی‌استری، پلیمریک پلی‌ال و انجام آنالیزهای مشخصه‌یابی مربوطه:
- عدد هیدروکسیل دی‌ال در محدوده mg KOH/g ۲۰-۲۸۰
- ویسکوزیته کم‌تر از cps ۳۵۰۰ در دمای °C۶۰
- پایداری در دمای C° ۱۲۰ تا ۳روز
- درصد جامد ۲۵-۴۰%
- تهیه و بررسی خواص فوم‌های HR از پلی‌ال‌های سنتز شده در مقیاس آزمایشگاهی:
- دانسیته kg/m3 ۳۰-۳۵
- ساختار سلولی باز
- میزان انقباض در قالب کم‌تر از ۲/۵%
- عدم مکش در قالب حین فرآیند
- ازیاد طول در نقطه پارگی بیش‌‌تر از ۸۰%
- سنتز پلی‌ال در مقیاس پایلوت و تهیه و بررسی فوم HR در مقیاس نیمه صنعتی
- تطابق محصول با استانداردهای فوم صندلی خودرو ASTM D3571, ASTM D-3574
- تدوین دستاوردها و تنظیم گزارش دانش فنی.
خروجی نهایی پژوهش:
دستیابی به دانش فنی تولید پلی‌استر پلی‌ال و پلیمریک پلی‌ال‌های پایه استری جهت جایگزینی با پلی‌اتر پلی‌ال‌ها (حداقل ۴۰ درصد وزنی) به‌منظور تولید فوم‌های فلکسی HR با دانسیتهkg/m3 ۳۰-۳۵ در مقیاس پایلوت ۱۰۰ لیتری به‌همراه تدوین گزارش دانش فنی و ارائه فرمولاسیون‌ها.
تسهیم مالکیت فکری
- مالکیت معنوی: مجری در مالکیت معنوی ناشی از اجرای پژوهش سهیم خواهد بود و انتشار مقاله مشترک توسط مجری و متقاضی در ژورنال‌های داخلی و خارجی، ارائه مقاله در کنفرانس‌ها و سمینارها با موافقت و اشاره به‌نام همه دست‌اندرکاران مجاز خواهد بود.
- مالکیت منافع مادی: با توجه به مدل کسب‌وکار شرکت متقاضی، منافع مالی ناشی از توسعه این فناوری قابل اشتراک بین متقاضی و مجری می‌باشد.
نحوه پذیرش
- پذیرش طرح‌ها رقابتی است و از بین پروپوزال‌های دریافتی، موردی که شرایط زیر را داشته باشد، در اولویت خواهد بود:
- ترکیب متخصصین تیم پیشنهادی مرتبط باشد.
- افراد پیشنهادشده، دارای سابقه پژوهشی و فنی در آن موضوع باشند.
- زمان‌بندی، هزینه و شرح خدمات، متناسب و مرتبط با پژوهش موردتقاضا باشد. (در این بخش، مجری می‌تواند برآورد اولیه خود را اعلام کند اما بدیهی است جزئیات اجرایی در ابتدای امر مشخص نیست و مجری و کارفرما با علم به این موضوع وارد این توافق خواهند شد.)
- پروپوزال، طبق فرمت پیشنهادی بنیاد ملی علم ایران، تهیه و از طریق سامانه کایپر ارسال شده باشد.
- فونت حروف و اعداد فارسی B Nazanin و اندازه قلم ۱۳ و فونت حروف و اعداد انگلیسی، Times New Roman و اندازه قلم ۱۱ باشد.
هزینه‌های قابل قبول
- حق‌التحقیق نیروی انسانی؛
- تست‌ها و آنالیزها؛
- خدمات؛
- مواد اولیه.
حوزه های اولویت دار
شیمی و پلیمر
واجدین شرایط
پژوهشگر اصلی تیم لازم است عضو هیئت‌علمی فعال یکی از دانشگاه‌ها و مؤسسات آموزش عالی کشور باشد. پس از دریافت پروپوزال از طریق سامانه، ارزیابی انجام گرفته و در صورت کسب امتیاز بالا، تیم برگزیده جهت مذاکره با بنیاد و شرکت متقاضی دعوت خواهد شد.
فایل‌های پیوست
تاریخ فراخوان
کلیه افراد واجد شرایط به مدت یک ماه از تاریخ انتشار فراخوان یعنی تا ۲ اسفند فرصت دارند که پروپوزال خود را از طریق سامانه کایپر برای بنیاد ملی علم ایران ارسال نمایند.
توجه: تاریخ این فراخوان تمدید نخواهد شد.
مبلغ حمایت
پژوهش پیشنهاد شده تا سقف ۸۰ درصد، حداکثر ۲/۵ میلیارد تومان، توسط بنیاد ملی علم ایران حمایت خواهد شد. بدیهی است که مابقی هزینه‌ها باید توسط شرکت متقاضی ارائه دهنده پژوهش تأمین شود.
شیوه ثبت نام و ارسال درخواست
متقاضیان جهت ثبت‌نام می‌توانند به سامانه کایپر به نشانی rtms.insf.org مراجعه و از طریق بخش متقاضیان/ پژوهشگران اقدام نمایند. درصورتی‌که در این سامانه پروفایل مشخصات فردی ندارید ابتدا ثبت‌نام نموده و سپس به‌وسیله نام کاربری (Email) رمز عبور اعطا شده وارد سامانه شوید. پس از ورود در بخش ارسال طرح جدید می‌توانید از کارتابل پژوهش عمیق شرکت‌های دانش‌بنیان اقدام به ارسال طرح نمایید.
مسئول پاسخگویی
پژوهشگران پس از مطالعه توضیحات فراخوان و آیین نامه‌های مربوطه در پورتال بنیاد علم، در صورت داشتن هر گونه ابهام یا سؤال در خصوص فرایند ارسال طرح، شرایط و محتوای علمی فراخوان می‌توانند از پروفایل خود در سامانه کایپر با کارگروه دانش‌بنیان از طریق تیکت، یا با ایمیل hatamkhani.a@insf.org سؤالات خود را مطرح نمایند و یا با شماره تلفن ۰۲۱۸۲۱۶۱۳۵۰(آقای حتم‌خانی) تماس حاصل فرمایند.
سروش
ایتا