Turkchem Dergisi | Termoplastik Poliüretanlar



Termoplastik Poliüretanlar

Termoplastik Poliüretanlar
Plastik sanayinin gelişmesi ikinci dünya savaşının bitiminden sonra başlamıştır. Başlangıçta hammadde için kömür kullanılmıştır. Çünkü 1950’lerin ortalarına kadar petrol yeteri kadar ekonomik değildi. Hammaddenin kömürden petrole dönüşümü plastik sanayini hızla geliştirmiştir. Birçok yeni ürün artarda bulunarak özellikle metal malzemeye büyük bir alternatif oluşturdu. Plastik malzemelerin ekstrüzyon, enjeksiyon ve diğer üretim yöntemleri ile kolay ve kitlesel üretimi, bu dönüşümü genişletti, hızlandırdı ve bugünkü seviyelere getirdi. Plastikler molekül yapılarına ve söz konusu bağlama mekanizmasının tiplerine göre semikristal termoplastikler, amorf termoplastikler, termosetler ve elastomerler olarak dört kategoride sınıflandırılırlar.

Termoplastik malzemelerde lineer moleküllerin zincirini oluşturan ünitelerin arasında kuvvetli kovalent bağlar bulunmaktadır.Bu üniteler arasında ise kimyasal bir bağ bulunmamaktadır. Sadece molekülleri bir arada tutan zayıf elektrostatik çekme kuvvetleri vardır. Bu moleküller arası çekme kuvveti, zincirlerin birbirine göre hareketlerini engelleyen, ısı karşısında zayıflayan bir kuvvettir. Dolayısıyla lineer molekül zincirlerinden oluşan bir termoplastik ısıtıldığında moleküller arasındaki kuvvet zayıflar, molekül zincirleri birbirine göre hareket kabiliyeti kazanır, sıvılarda olduğu gibi serbest hareket eder ve böylece malzeme bir kalıpta kolayca şekil alabilir. Malzeme soğutulduğunda, moleküller arası kuvvet artar ve molekül zincirlerini, verilen yeni şekilde döndürür. Ancak uzun süren yüksek ısı tatbikinde zincirde dekompozisyon meydana gelir ve malzeme özelliklerinde bir yıpranma oluşur. Termoplastiklerin, dekompozisyonları ile bileşimlerinin değişmemeleri şartı ile tekrar tekrar şekillendirmek mümkündür. Bu şekillendirme sırasında kimyasal değişime uğramazlar. Bunun yanı sıra uygun çözücülerde çözünebilir ve bu durumda döküm gibi yöntemlerle çeşitli şekiller alabilirler. Termoplastikler üretim esnasında çapraz bağ oluşmaması ve moleküllerin vulkanize olmaması ile elastomerlerden ayrılır [1].


Şekil 1: Termoplastik yapının zincir görünümü

Termoplastik grubunun bir üyesi olan termoplastik poliüretanlar; elastikiyeti, şeffaflığı, yağa ve gres yağına dirençli oluşu, aşınmaya dayanıklılığı gibi birçok kullanışlı özellikleriyle poliüretan plastiklerinin bir sınıfını oluşturur [2]. Endüstriyel açıdan önemli olan termoplastik poliüretan elastomerler (TPUs) 1950’lerin sonlarına doğru geliştirildi. Teknik olarak, termoplastik poliüretanlar sert ve yumuşak segmentlerden oluşan blok kopolimerleri içeren termoplastik elastomerlerdir. Sert kısımlar kısa zincirli diol ve diizosiyanatlardan oluşurlar ve özellikle modül, sertlik ve yırtılma dayanımına etki eder. Yumuşak kısım blokları uzun zincirli poliester veya polieter diollerden oluşur, esneklik ve düşük sıcaklıklardaki dayanımı sağlar. Birçok polar kısım içeren sert bölümler arasındaki etkileşim ve dipol-dipol etkileşimleri lineer poliüretan zincirleri arasında fiziksel çapraz bağı ağ yapısını sağlamaktadır [3].

Termoplastik poliüretanlar, çözelti veya kütle polimerizasyonu ile elde edilirler. Polimerizasyonlar, prepolimer prosesi (2 basamaklı) ve tek adım prosesi (one- shot) ile yapılabilir. Poliüretan üretiminde prepolimer prosesi daha çok kullanılır. Bu proseste, poliol diizosiyanatın fazlasıyla reaksiyona sokularak, diizosiyanat uçlu prepolimer elde edilir. Elde edilen prepolimer viskoz likit ya da düşük erime noktalı katı haldedir [4]. İkinci adımda prepolimer, yüksek molekül ağırlıklı polimer elde etmek üzere diol veya diamin zincir uzatıcı ile reaksiyona sokulur. Bu adım "zincir uzatma” olarak da bilinir. İki adımda elde edilen poliüretanın yapısı, tek adımda elde edilenden daha düzenlidir. Bunun nedeni, poliolle, diizosiyanatın ilk önce reaksiyona girerek oligomeri oluşturması ve daha sonra zincir uzatmanın olmasıdır. Bu yüzden polimer zinciri "sert-yumuşak-sert” olarak dizilirken, tek adımda gelişi güzel dağılım gözlenebilir, 2 adım prosesinde sert kısım boyutu dağılımı, tek adımdakinden daha dardır. Bu yapısal düzenlilik, poliüretana daha iyi mekaniksel özellikler kazandırır [5].

Termoplastik Poliüretanların Özellikleri ve Kullanım Alanları
Termoplastik poliüretanlar yüksek yağ dayanımı, yüksek yırtılma ve aşınma dayanımı, iyi mekanik özellikleri, iyi hidroliz dayanımı ve esneklik gibi özelliklere sahiptirler ve bu özelliklerinden dolayı aşağıdaki grafikten de anlaşıldığı gibi günümüzde otomotiv, ayakkabı, mekanik mühendisliği, tarımcılık, film ve medikal teknolojisi gibi birçok alanda kendilerine yer bulmaya başlamıştır.








Şekil 2: Termoplastik Poliüretanların Kullanım Alanları


Termoplastik poliüretanlara, ekstrüzyon, enjeksiyon, kalıplama,ısı ile şekillendirme (Termoforming) ve haddeleme (kalenderleme) gibi çeşitli işlenme teknikleri uygulanabilir. Termoplastik poliüretanlardan; kalıplanmış parçalar, ekstrüzyonla elde edilen kesitler, filmler, ince levhalar şeklinde değişik ürünler elde edilebilir.









Şekil 3: Termoplastik Poliüretanların Şekilsel Görünümleri


Termoplastik poliüretanları biçimlendirirken uygulanan yöntemlerdeki ürün geometrisine göre, sabit kesikli ekstrüzyon ürünleri, sürekli levha ve filmler, sürekli lifler, kalıplanmış dolu parçalar, ince cidarlı içi boş kalıplanmış parçalar şeklinde sınıflandırılabilirler.


Şekil 4: Termoplastik Poliüretanların Geometrik Şekildeki Görünümleri

Referanslar
1. www.scribd.com
2. http://en.wikipedia.org/wiki/Thermoplastic-polyurethane
3. M. Rogulska;, W. Podkascielny;, A.:Kultys;, S.Pikus;E.Pozdzik, European Polymer Journal, 42 (2006) 1786- 1797
4. Wang, L.F., 1998, Polydimetyl siloxane modification of segmented Thermoplastic polyurethane and ureas, PhD Thesis, Virginia Polytehnic Institue&State University,
USA
5. Harrel, L. L. Jr.,1969, Segmented polyurethans. Properties as a funcation of segment size and distribution, Macromolecules, 2, 607-612


Zerrin ALTINTAŞ
Yüksek Kimyager
Ar-Ge Proje Sorumlusu
Kempro Kimyasal Mad. ve Dış Tic. Ltd. Şti.