Çevre Dostu, Geri Dönüştürülebilir, Yenilikçi Poliüretanlar

  • Makale
  • Ziyaret: 3374
  • Son Güncelleme: 27-08-2013
  •  
    Share on Tumblr       

1.Özet

İlk olarak 1937 yılında geliştirilen poliüretanlar, bir diizosiyanat ile bir veya daha fazla diollerin çoklu ekleme reaksiyonu ile oluşan polimerik malzemelerdir. Poliüretan malzemeler içerisinde termoplastik poliüretanlar (TPU) farklı özellikleri ile ön plana çıkmaktadır. Bu polimer grubu ısıtıldığında yumuşak ve işlenebilir olduğu gibi yapısal bütünlüğünü kaybetmeden soğutulup işlenmesi birden çok kez olma yeteneğine sahiptir. Yüksek uzama ve çekme dayanımı, esnek oluşu ve değişen derecelerde, yağ, gres, çözücü, kimyasallar ve aşınmaya direnme kabiliyeti sayesinde, şekillendirilebilir mühendislik plastiğe veya sert kauçuğa alternatif olarak da kullanılabilir. Bu özellikler TPU’nun pazarlar ve uygulamalar yönünden popüler olmasını sağlamaktadır.

2. Giriş Poliüretanın en büyük avantajı, kullanılan hammaddelerinde ve oranlarında değişiklik yapılarak birbirinden çok farklı özelliklere (sertlik, yoğunluk ve elastikiyet) sahip ürünler elde edilebilmesidir. TPU, üç temel hammaddenin belirli bir şekilde bir araya getirilmesi ile oluşturulmuş çok bileşenli blok kopolimerdir. TPU üretimi için gereken hammaddeler şunlardır: 

• Poliol ya da uzun zincirli diol 

• Zincir uzatıcı ya da kısa zincirli diol 

• Diizosiyanat 

Poliol olarak bütan diol adipatlar, etilen glikol adipatlar, heksan diol adipatlar, polikaprolakton, politetrametilen eter glikol (PTMEG), propilen oksit/etilen oksit (PO/EO) polieter polioller, polikarbonat polioller kullanılmaktadır. Diizosiyanat çeşitleri olarak metilen difenilin izosiyanat (MDI), toluen izosiyanat (TDI), disiklohekzilmetan diizo-siyanat (H12MDI), ksilendiizosiyanat (XDI) ve izoforon diizosiyanat (IPDI) kullanılmaktadır. TPU üretiminde zincir uzatıcı olarak ise 1,4 bütan diol, etilen glikol, 1,6 hekzan diol ve hidrokinon bis (2-hidroksietil) eter (HQEE) kullanılmaktadır. Termoplastik poliüretanlar, yumuşak ve sert olmak üzere iki bloktan oluşurlar (Şekil 1). Yumuşak blok, poliol, TPU’nun esneklik ve elastomerik karakterini oluşturmaktadır. Sert blok ise diizosiyanattan oluşmaktadır. TPU’ya sertlik ve fiziksel performans özellikleri verir. Poliüretan kimyasında hassas ayar ile farklı sertliğe sahip malzemeler üretmek mümkündür.

3. TPU Üretimi

TPU malzemelerin üretimi 2 ayrı yöntem ile yapılmaktadır. Aşağıda bu 2 yöntem kısaca anlatılmıştır.

a. Kesikli Proses: Öncelikle poliol ile zincir uzatıcı tek atış (One-Shot) tekniği kullanılarak karıştırılır. Diizosiyanat daha sonra eklenir. Ürün kürleşme sonrası pelet haline getirilir. Genellikle tepkime süreleri ve kürleşme sonrası işlemi azaltmak için katalizör kullanılır. Zincir uzatma süresi ve kürleşme sonrası işlem azaltmak için katalizör ilavesinin dışında ön-polimer tekniği kullanmak da mümkündür. Bu eski bir yöntem olup düşük üretim seviyesine sahiptir. Homojenlik problemleri görülebilir.

b. Sürekli Proses: Polimerizasyon işlemi bir reaksiyon ekstrüderi içinde gerçekleştirilir. Girişlerden hammadde sürekli olarak eklenir. Özel vida tasarımı ve sıcaklık kont-rolü, bileşenlerin uygun polimerizasyon oranında elde edilmesini sağlar. Bu işlem, üretilen TPU’nun homojenli-ğini sağlamak için çok hassas bir besleme sistemi gerek-tirir. Ekstrüder çıkışında ürün peletlenir, soğutulur ve en az nem seviyesi için sürekli kurutulur. Bu proses yüksek üretim seviyesine sahip olduğu gibi, aynı üretim ve farklı üretimler arasında tutarlılık elde edilmesini de sağlamaktadır.

TPU’ların iyi işlenebilmeleri için kurutulmaları gereklidir. Kurutma işlemi, 100-110 °C‘de hava dönüşümlü fırınlar-da veya 1-2 saat kurutma odalarında tutularak yapılmaktadır. Peletlerin içerdiği nem miktarı ağırlıkça % 0.1’den düşük olmalıdır. Bunlar enjeksiyon kalıplama, ekstrüzyon kalıplama, kalıp üzerine kaplama (overmolding) ve film la­minasyonu gibi termoplastik malzemeler için kullanılan metotlarla işlenebilmektedirler.

4. TPU Çeşitleri

Termoplastik poliüretanlar yüksek çekme dayanımı, yüz­de uzama ve esneklik gibi çok iyi fiziksel özelliklere sahip­tir. Shore sertliğine bağlı olarak ikiye ayrılırlar. Shore sertli­ği belirli bir kuvvet altında girinti ve delme için TPU diren­cini test etmek için kullanılan bir deneye dayalı ölçümdür. TPU türünü kategorize etmek için iki harf kullanılır; A, es­nek çeşitleri işaret ederken, D, daha sert çeşitleri gösterir. Bu iki kategori bazen çakışabilir. Shore A ve Shore D sert­lkileri arasındaki bağıntı Şekil 2’de gösterilmiştir. Her iki öl­çekte de ölçümler sıfır (0) çok yumuşak ve 100 çok sert ol­mak üzere 0-100 arasında değişir.

şekil.2

TPU’lar kimyasal içeriklerindeki poliol çeşitlerine göre üçe ayrılırlar: polyester, polieter ve polikaprolakton.
a. Polyester TPU: PVC ve diğer plastiklerle uyumludur. Yağlar ve kimyasallardan etkilenmeyen, mükemmel aşınma direnci sağlayan, fiziksel özellikleri ile iyi bir denge sağlayan, polimer karışımlarıyla kullanılmak için ideal, geliştirilmiş özelliklere sahip bir türdür.
b. Polieter TPU: Özgül ağırlığı, polyester ve polikaprolaktona göre biraz daha düşüktür. Düşük sıcaklık esnekliği, iyi aşınma ve yıpranma esnekliğine sahiptir. Ayrıca mikrobiyal saldırıya karşı dayanıklı ve mükemmel hidroliz direnci sağlamaktadır, su uygulamaları için kullanılması uygundur.
c. Polikaprolakton TPU: Düşük sıcaklık performansı ve hidrolize karşı oldukça yüksek direnci ile birlikte polyester TPU oranında tokluk ve dayanıklılığa sahiptir. Hidrolik ve pnömatik keçeler için ideal bir hammaddedir.
5. Uygulama Alanları
Termoplastik poliüretanlar, plastik sektöründe en kuvvetli fiziksel ve kimyasal özelliklere sahip, kırılmayan, aşınma direnci yüksek, esnek ve düzgün kalıp özelliği taşıyan malzemelerdir. Isı ve soğuğu geçirmeme özelliğine sahiptir. Aynı zamanda, her türlü şekle uygun olması sebebiyle çok farklı sektörlerde kullanılabilir. Kullanıldığı başlıca sektörler şöyledir:

•Ayakkabı tabanı ( Şekil 3 )

•Otomotiv: İç, dış, kaput altı ve araba altı ( Şekil 4 )

•Mühendislik: Hidrolik ve pnömatik ( Şekil 5 )

•Medikal: Serum poşeti, yara örtüsü, cerrahi örtüler (Şe­kil 6)

•Boru, hortum ve tüp

•Tel ve kablo

•Film ve levha

6. Sonuç:



Termoplastik poliüretanlar, ısıtıldığında yumuşak ve işlene­bilir olduğu gibi, yapısal bütünlüğünü kaybetmeden soğu­tulup birden çok kez işlenme özelliği ile geri dönüştürüle­bilir ve tekrar işlenilebilir olmasıyla termoset poliüretanlara alternatif olmaktadır.

TPU’nun avantajları fiziksel ve kimyasal olarak ikiye ayrıla­bilir. Fiziksel avantajlar:

•Yüksek aşınma direnci,

•Yüksek mekanik özellikler,

•Geniş sıcaklık aralığında elastikiyet,

•Düşük elektriksel iletkenlik,

•Düşük kalıp çekmedir.

Kimyasal avantajları ise:

•Yağ ve gres yağı direnci,

•Mikrobiyolojik dayanım,

•Hidroliz dayanımı,

•Ozon direnci,

•Oksidasyon dayanımı,

•Non-polar solvent dayanımı,

•Ek katkılar ile UV direnci ve yanmazlık sağlanabilme­sidir.

Geri dönüştürülebilir olması şu anda AB kriterleri açısın­dan çok kritik olup yakın gelecekte TPU’lar, termoset poli­üretanların yerini almalarının ötesinde, kauçuk ürünlere de alternatif oluşturmaktadırlar. Günümüzde TPU konusunda Araştırma Geliştirme faaliyetleri yapılacak çok farklı konu­lar mevcuttur.