گفت و گو با دکتر سیدرضا غفاریان، عضو هیات علمی دانشکده مهندسی پلیمر پلی تکنیک تهران
پلییورتانهای هوشمند آیندهدار هستند/ پلی یورتانهای زیستی آیندهای امیدوارکننده اما با احتیاط
دکتر سیدرضا غفاریان، استاد نمونه کشوری ورودی سال 1355 دانشگاه صنعتی امیرکبیر است. در آن سال تازه گروه پلیمر در دانشگاه تاسیس شده بود و وی چنانکه خود می گوید با توجه به صحبت هایی که در اواخر دوره دبیرستان در مورد پلیمرها شنیده بود، بسیار به این حوزه علمی علاقمند می شود و همین مسیر را در فعالیتهای علمی (کارشناسی، ارشد و دکترا) دنبال می کند.
گفت و گویی که در ادامه می خوانید در مجله پلی یورتان با دکتر غفاریان با تمرکز بر حوزه پلی یورتان ها و ارتباطات بهینه و مورد انتظار صنعت و دانشگاه انجام شده است.
پلی یورتان- چه موضوع یا چالشی تمرکز اصلی پژوهشهای شما را در بر می گیرد؟
دکتر غفاریان: حوزه های کاری بنده در زمینه کامپوزیتها، نانو کامپوزیتها و رزین می باشد که تلاش دارم در کنار پژوهشهای مرتبط با نیازمندیهای صنعتی و کشوری، منطق مواد هوشمند و سازه های هوشمند را در این حوزه ها گسترش دهم.
پلی یورتان- بزرگترین چالش ارتباط دانشگاه و صنعت را چه میدانید؟
دکتر غفاریان: بزرگترین چالش، کمبود فصل مشترک بین دانشگاه و صنعت است. صنعت به دنبال راهحل سریع، کمهزینه و قابل فروش است، در حالی که دانشگاه به دنبال دانش بنیادی، قابلیت تکرارپذیری، انتشار مقاله و تربیت نیرو است.
این شکاف زمانی عمیقتر میشود که اعتماد صنعت به زمانبر بودن نتایج پژوهشی و عدم قطعیت آنها از یک سو، و کم آشنایی دانشگاهیان با محدودیتهای خط تولید، تامین مواد اولیه و اقتصاد مهندسی از سوی دیگر وجود دارد.
برای گسترش درک مشترک، خوشبختانه در کشور ما، ساختار میانجی ها (واسطهای فناوری یا دفاتر انتقال فناوری بالغ) در سالهای اخیر فعال شده اند اما هنوز به اندازه کافی قوی، گسترده و کارآمد نیستند، که امید است با تقویت بیشتر این واحدها، شاهد ارتباط بیشتر و اثرگذارتر دانشگاه و صنعت باشیم.
پلی یورتان- تجربه همکاری شما با صنعت چگونه بوده است؟ در پروژههای صنعتی، معمولاً بین «کیفیت»، «هزینه» و «سرعت تولید (دستیابی به محصول مد نظر در پروژه)» کدام یک بیشتر چالشبرانگیز است؟
دکتر غفاریان: تجربه های موفق بیشتر داشته ام. در پروژه های دانشگاهی-صنعتی واقعیت این است که «سرعت دستیابی به محصول» معمولاً چالشبرانگیزترین عامل است، زیرا صنعت در افق کوتاهمدت به نتیجه نیاز دارد، در حالی که دانشگاه برای تضمین تکرارپذیری و درک عمیق، زمان بیشتری میطلبد.
اما نکته امیدوارکننده اینجاست که همین چالش، بزرگترین فرصت برای تحول در فرهنگ همکاری است. تجربه نشان داده وقتی دو طرف از ابتدا زمانبندی واقعبینانه و فازهای مشخصی برای پروژه تعریف میکنند (مانند فاز امکانسنجی، نمونهسازی آزمایشگاهی، و سپس مقیاسپذیری)، نه تنها سرعت به یک مانع تبدیل نمیشود، بلکه کیفیت و هزینه نیز کنترل میشود.
به عبارت دیگر، با نهادینهسازی «مدیریت انتظار زمانمحور»، میتوان از این چالش به عنوان پلی برای اعتمادسازی پایدار بین دانشگاه و صنعت استفاده کرد. آینده روشن است، به شرط آنکه به جای شتابزدهکاری، گامهای هوشمندانه برداریم.
پلی یورتان- در مدیریت تیمهای تحقیقاتی، چه رویکردی برای هدایت دانشجویان یا پژوهشگران دارید؟
دکتر غفاریان: رویکرد من اعطای “استقلال هدفمند” به پژوهشگران جوان است. یعنی دادن آزادی در چارچوب اهداف تا حد ممکن شفاف. اعتقاد به آزادگذاری نسبی دانشجو در فرآیند پژوهش و مواجه با چالشها و ارائه راهکارها توسط وی را دارم تا در نشستهای تیم پیگیر پژوهش، روی این راهکارها و یا موارد جدید همفکری صورت پذیرد. یک سیاست مهم، عدم تنبیه شکست را نهادینه کردهام؛ اگر دانشجویی با یک فرضیه به نتیجه نرسد، آن را به عنوان یک خروجی تلاشها، گزارش میکند، نه یک شکست. این رویکرد خلاقیت را در عین جهتدهی حفظ میکند. دیدهام که این روش، دانشجویان عادی را به نوآورانی تبدیل کرده که امروز رهبری تیمهای صنعتی را بر عهده دارند.
پلی یورتان- با توجه به شرایط فعلی کشور و خروج برخی پتروشیمیها از جمله کارون از مدار تولید، بفرمایید بخش آکادمیک کشور چه کمکهایی میتواند به بخش صنعت بکند؟
دکتر غفاریان: دانشگاه در چنین مقطع حساسی میتواند نقش «مقاومسازی هوشمند» را ایفا کند. دانشگاهها در این شرایط حساس اما فرصتساز، آماده همکاری همه جانبه برای بازگشت پتروشیمی ها به مدار تولید از یک سو و رفع مشکلات صنایع مصرف کننده آنها از سوی دیگر هستند.
برای صنایع مصرف کننده محصولات این پتروشیمی ها، دانشگاه ها می توانند در بومیسازی دانش فرمولاسیون با مواد جایگزین همکاری و فرمولاسیونهایی را طراحی کنند که بر پایه مواد اولیه متفاوت کار کنند، بدون اینکه افت کیفیت محسوسی داشته باشند.
پلی یورتان- از نظر شما مهمترین نیاز فعلی صنعت پلییورتان ایران چیست؟
دکتر غفاریان: مهمترین نیاز فعلی صنعت پلییورتان ایران، «تأمین پایدار و کنترلشده مواد اولیه با کیفیت مشخص در کنار ایجاد زنجیره دانش فنی برای فرمولاسیون تطبیقی» است. اما برای دقت بیشتر، این نیاز را به سه مؤلفه اصلی تفکیک میکنم.
اول: ایجاد مرکز آزمون و اعتباربخشی تخصصی پلییورتان با استانداردهای روز دنیا (است تا بشود نتایج قابل مقایسه از محصولات صنایع مختلف در دسترس باشد.
دوم: تنوعبخشیدن به منابع تأمین مواد اولیه با مشخصات فنی معلوم، همراه با دانش فنی که چگونه با تغییر جزئی در فرمولاسیون، از مواد اولیه با مشخصات متفاوت استفاده کند.
سوم: ایجاد یک پایگاه داده محرمانه (با سطح دسترسی کنترلشده) که در آن، فرمولاسیونهای پایه برای رایجترین محصولات، بر اساس مواد اولیه موجود، ثبت و مرتب بهروز شود.
پلی یورتان- اگر بخواهید یک حوزه آیندهدار در پلییورتان را معرفی کنید، روی چه موضوعی خواهد بود؟
دکتر غفاریان: بدون تردید، پلییورتانهای هوشمند مانند پلییورتانهای خودترمیمشونده (Self-healing PU) مبتنی بر پیوندهای هیدروژنی پویا یا پیوندهای دیسولفیدی. این مواد در پوششهای خودرو، صفحات نمایشگرهای تاشو، و حتی چسبهای هوشمند، انقلابی ایجاد خواهند کرد.
تصور کنید پوشش شیشۀ عقب خودرو که خراشهای سطحی خود را در اثر حرارت خورشید ترمیم کند، یا واشرهای پلییورتان که نشتی کوچک را خودشان ببندند.
در ایران با توجه به تنوع آب و هوایی (گرما، تابشUV، رطوبت)، این فناوری کاربردهای منحصربهفردی خواهد داشت.
پلی یورتان- مهمترین پروژه صنعتی یا تحقیقاتی که انجام داده اید چه بوده و چه دستاوردی داشته است؟
دکتر غفاریان: مهمترین پروژه ما، طراحی و تولید فوم پلییورتان نیمهسخت (semi-rigid) برای پنل ضربهگیر خودروهای داخلی بود که قابلیت جذب انرژی بالا در دمای زیر صفر درجه (شرایط زمستانی کشور) را داشت.
چالش اصلی، افت شدید جذب ضربه در دمای پایین بود. ما با سنتز یک پلیال جدید بر پایه پلیبوتادینآکریلونیتریل (مایع) و بهینهسازی نسبت فاز سخت به نرم، موفق شدیم فومی با Tg کمتر از 40- درجه سانتیگراد بسازیم.
دستاورد: حذف وابستگی به واردات این قطعه، کاهش 30 درصدی وزن نسبت به نمونه خارجی، و ثبت دو پتنت. این پروژه به عنوان طرح ملی دانشبنیان شناخته شد.
پلی یورتان- بسیار هم خوب آقای دکتر. به نظر شما فاصله تکنولوژیک صنعت پلییورتان ایران با دنیا در چه بخشهایی بیشتر است؟
دکتر غفاریان: فاصله تکنولوژیک در چهار بخش بسیار مشهود است:
1. پلییورتانهای آبی (Waterborne PUDs) در دنیا، پوششها و چسبهای پلییورتان با پایه آب به بلوغ رسیدهاند، امید است در ایران صنایعی که در این حوزه فعالیت می کنند با همکاری دانشگاهها برای رسیدن به جایگاه جهانی مطلوب تلاش مضاعف نمایند.
2. الاستومرهای ترموپلاستیک پلییورتان (TPU) با خواص ویژه: تولید TPU با مقاومت سایشی فوقالعاده، شفافیت نوری و مقاومت به هیدرولیز.
3. فومهای سخت با ضریب هدایت حرارتی بسیار کم (Super-insulation) برای استفاده در صنایع عایق.
4. پلی یورتانهای هوشمند.
پلی یورتان- آینده پلییورتانهای پایه زیستی (Bio-based PU) را چگونه ارزیابی میکنید؟
دکتر غفاریان: بسیار امیدوارکننده اما با احتیاط. نمیتوانم بگویم «جایگزین کامل نفت خواهند شد»، اما قطعاً در کاربردهای خاص (پوششهای چوب، کفی کفش، بیومواد) رشد تصاعدی خواهند داشت.
در ایران، با وجود منابع عظیم بیومس (زیست توده)، بستر مناسبی برای تولید پلیالهای زیستی فراهم است. چالش اصلی، ثبات کیفیت و مقیاسپذیری این مواد اولیه است. یک کشاورز نمیتواند هر سال روغن کرچک با عدد هیدروکسیل یکسان تحویل دهد. برای آینده، نیاز به واحدهای تصفیه و اصلاح زیستی در کنار پتروشیمیها داریم تا این نوسانات را کنترل کنند.
پلی یورتان- چه جایگزینهای احتمالی برای ایزوسیاناتها در حال توسعه هستند؟
دکتر غفاریان: این یک سوال کلیدی است، زیرا سمیت ایزوسیاناتها (به ویژه در فرایند پاشش) یک چالش جهانی است. مهمترین جایگزینها:
1. کربناتهای حلقوی و آمینها (سیستمهای Non-isocyanate PU – NIPU) در این روش، با واکنش کربناتهای حلقوی با آمینها، پلییورتان به دست میآید. مزیت: عدم حضور ایزوسیانات و استفاده از CO2 به عنوان خوراک. چالش: سرعت واکنش پایین و نیاز به کاتالیست خاص.
2. پلییورتانهای حاصل از واکنش دیاکسیرانونها در مقیاس آزمایشگاهی موفق بودهاند.
3. سیستمهای هیبریدی اپوکسی-کربنات که خواص مکانیکی جالبی دارند.
پلی یورتان- در بخشی از صحبت های خود به آینده پلییورتانهای هوشمند اشاره کردید. چه ظرفیت صنعتیای برای این پلیمرها می بینید؟
دکتر غفاریان: ظرفیت صنعتی آنها عظیم است، مشروط بر اینکه بتوانیم پل زدن بین آزمایشگاه و کارخانه را مدیریت کنیم. برخی از ظرفیتها:
• حافظهدار (Shape Memory PU) در صنعت بستهبندی (فیلمهای شرینک قابل بازگشت)، صنعت پزشکی (استنتهای عروقی که در حین کاشت به شکل اولیه بازمیگردند) و اتصالات هوشمند.
• الکتروفعال (Electroactive PU) در سنسورهای پوشیدنی (wearable sensors) و عملگرهای نرم (soft actuators) برای رباتهای همکار.
• pH-Responsive برای رهایش کنترل شده دارو یا جوهرهای هوشمند.
در ایران، با پیشرفت دانش نانو و پلیمر، میتوان روی کفی کفش تنظیمشونده یا پوششهای ضدخراش خودترمیم سرمایهگذاری صنعتی کرد.
پلی یورتان- چالش اصلی بازیافت پلییورتان چیست و چه راهکارهایی برای آن وجود دارد؟
دکتر غفاریان: چالش اصلی، ساختار گرماسخت (ترموست) پلییورتان به ویژه در فومها و الاستومرهاست. شما نمیتوانید فوم سخت را ذوب و دوباره قالبگیری کنید (بر خلاف ترموپلاستیکها).
راهکارها:
1. بازیافت شیمیایی (شیمیبازگشت) با الکولیز (استفاده از گلیکولها) یا آمینولیز، پلییورتان به پلیاول و دیآمین تجزیه شود. پلیال بازیافتی را میتوان مجدداً برای ساخت فوم جدید استفاده کرد.
2. طراحی مواد اولیه مناسب برای بازیافت، سنتز پلییورتانهایی با پیوندهای قابل شکست کنترل شده (رویکرد آکادمیک برای نسل آینده).
پلی یورتان- آیا پلییورتانهای بدون حلال میتوانند جایگزین سیستمهای سنتی شوند؟ چگونه؟
دکتر غفاریان: بله، و این جریان برگشتناپذیر است. هم به دلایل زیستمحیطی (مقررات VOC در جهان و آتی در ایران) و هم به دلایل اقتصادی (هزینه حلالها و بازیافت آنها). نحوه جایگزینی:
• سیستمهای 100% جامد (High Solids) با کاهش ویسکوزیته با استفاده از مونومرهای واکنشپذیر به عنوان رقیقکننده (مثلاً استفاده از ایزوسیانات کمویسکوزیته یا پلیاولهای کوتاه زنجیر). این روش در چسبهای پلییورتان دو جزئی و پوششهای کفپوش موفق بوده است.
• سیستمهای پلییورتان ترموپلاستیک (TPU) که ذوب شده و بدون حلال اعمال میشوند (پوششهای پودری و فیلمهای ذوبی).
• پلییورتانهای پایه آب (PUD) همانطور که اشاره شد، بهترین گزینه برای جایگزینی سیستمهای حلال در پوششهای چرم، شیشه و فلز.
در پایان، امیدوارم این پاسخها بتواند نگاه واقعبینانهای از تلفیق علم و عمل در پلییورتان ایران ارائه دهد. پیشرفت در این حوزه، نیازمند گفتگو و تلاش صادقانه و مستمر دانشگاه و صنعت است.