Bağlayıcılık, polimer karışımlarının morfolojisi ve özelliklerinin dengelenmesi (ayrılmasının önlenmesi) ile sonuçlanan her türlü fiziksel veya kimyasal uygulamaya anlamına gelir.
Fonksiyonel özellikleri geliştirilmiş poliolefinlerin (maleik anhidrit / glisidil metakrilat veya diğer monomerlerle aşılanmış poliolefinler), dolgulu polimer kompoundlar için bağlayıcı ajan olarak veya birbirleri ile uyumlu olmayan polimerler için birleştirici ajan olarak görev yaptığı bilinmektedir.
Bu tip aşılanmış polimerler, reaktör sonrası aşılama reaksiyonlarının sonucunda elde edilirler.Tahminen bu malzemelerin dünyadaki tüketimini yılda 18.000 ton (Özel Kimyasallar) olarak belirlemiştir. Küçük miktarlarda kullanılırlar fakat katkı maddeleri olarak ana bileşiğin özelliklerinde önemli gelişmeler sağlarlar.
Fonksiyonel poliolefinlerin üretiminde temel adımlar şunlardır:
- LDPE, LLDPE, HDPE, EVA veya EPDM gibi bir polimer kullanılır
- Aşılanacak bir monomer seçilir, örneğin, Maleik Anhidrit, Glisidil Metakrilat, Akrilik Asit….
- Polimer ana zinciri üzerinde serbest radikaller oluşturmak için bir peroksit kullanılır
- Etkileşim süresi, sıcaklık, karıştırma, reaksiyona girmemiş bileşenlerin uçucu hale getirilmesi gibi uygun ekstrüzyon koşulları kullanılır
- İstenen katkı maddeleri ekstruzyon sistemine enjekte edilir
Şekil l'deki denklem, ekstruderde gerçekleşen kimyasal reaksiyonları gösterir. Oluşan radikaller, polimer zincirlerinden hidrojeni çıkarır, böylece maleik anhidrit ile birlikte ekstruderin içine aşılama işlemleri gerçekleşmiş olur.
Şekil 1 Ekstrüderdeki Reaksiyon
Bununla birlikte, maleik anhidridin işlenmesiyle ilgili teknolojiler çok özel ekipmanlar ve özel reaksiyon şartları gerektirdiği için dünyada bu tür teknolojik ürünleri geliştiren firma sayısı sınırlıdır.
Bazı ticari markalar ve üreticileri(parantez içerisinde) aşağıda verilmiştir:
|
Atofina
Dupont
Exxon
Eastman
Mitsui
Polyram
Dow
|
(Orevac)
(Fusabond)
(Excelor)
(Epolene)
(Admer)
(Bondyram)
(Primacor, Amplify)
|
LDPE, LLDPE, HDPE, PP, EVA ve EPDM gibi baz polimerler, daha çok maleik anhidrit, glisidil metakrilat, akrilik asit ve diğer polar olmayan ana polimerlere belli ölçüde polarite kazandıran diğer fonksiyonel gruplarla aşılanır. Bu kimyasal gruplar, resinlere yüksek seviyede uyumluluk, reaktivite ve yapışma özellikleri sağlar ve bu ekstruzyonda karışım hazırlamabaskı ve laminasyonda kullanılan diğer polar malzemelere karşıda iyi bir uyumluluk göstermesini sağlar.
Uygulamalar
Kurulan uygulamalardan bazıları:
Dolgulu ve Güçlendirilmiş PP Bileşiklerinde Bağlanma
Maleik anhidrit aşılı polipropilen, dolgu maddesi ile polimer matrisi arasında arayüzey yapışmasını geliştirerek etki gösterir. Böylece, bu malzemelerdeki polar fonksiyonel gruplar, kalsiyum karbonat, talk, mika ve cam elyafı gibi dolguların yüzeyine bağlanırken, PP matris polimer ile iyi bir şekilde karışmaktadır. Bu da dolgu maddesinin daha iyi dağılmasını sağlar ve bileşiğin mekanik özelliklerini geliştirir. Maleated EPDM, dolgulu PP bileşimleri için mükemmel bir özellik geliştiridicidir.
Daha yüksek miktarda dolgu yüklemeleri de mümkündür. Bu gibi durumlarda, Maleated ürünleri, geleneksel olarak kullanılan ve uygulamalar sırasında kalıp kirlenmelerine sebep olan düşük molekül ağırlıklı katkıların yerini alır
Poliamid Alaşımları
Maleik anhidrid aşılı polietilen, poliamid ile reaktif olarak harmanlamak için kullanılır. Özellikle kuru bölgelerde toplam tokluğunu arttırmak için kullanılır. Polietilenin kendi kendine poliamid ile karışmadığı bilinmektedir. Ancak maleik yapılı ürünlerindeki anhidrit grupları, poliamidteki amin uç gruplarıyla kolayca reaksiyona girer ve böylece polietilen kısmı olarakbirleştirir. Bu ürünler, dolgusuz, mineral ve cam elyaf dolgulu poliamid için uygundur.
Bu tür poliamid alaşımları, güvenlik kaskları, bagaj çerçeveleri,motosiklet yan kutuları, fren ve debriyaj kolları, tekerlek, el aleti gövdeleri, ekipman muhafazası, fan kanatları, otomobil aksesuarları, tüfek dipçiği ve endüstriyel bileşenler gibi geniş bir uygulama alanına sahiptir.
Poliamid Alaşımları Yerine
Maleik yapılı polietilenler, enjeksiyon makinesi ile büyük yada küçük parça basımında makine haznesinde karıştırılarak başarı ile kullanılabilir. Bu sayede enjeksiyon kalıplama işlemi sırasında işleme sıcaklıklarında, poliamid ile iyi darbe özelliklerine sahip bir karışım oluşturulur.
Poliamid Atıklarının Yükseltilmesi
Elyaf, film veya kalıplama atığı formunda, geri dönüşüm poliamidin mekanik değerlerinin yükseltilmesi için, maleated polietilen ( maleik yapı içeren PE)uyumlaştırıcı olarak kullanılabilir. Bu modifiye edilmiş ürün, enjeksiyon ile kalıplamada rahatlıkla kullanılabilir.
PET / PE Atık Geri Dönüşümü için Uyumlulaştırıcılar
Ambalaj endüstrisinin bolca üretmiş olduğu PET/PE yapılı ürünlerin geri dönüşümlü olarak kullanılması, bu iki yapının birbiri ile uyumsuz olması sebebiyle mümkün değildir.Ancak Maleik anhidrid aşılanmış EVA, iki polimeri böyle bir karışımda uyumlu hale getirmek için kullanılabilir. Dolgu maddelerinin, renklendiricilerin ve diğer katkı maddelerinin ortam içinde bulunması işlemi sonucunu etkilemez.
Ko-Ekstrude edilmiş filmler
Ambalajların, uzun raf ömrüne sahip olmaları için yüksek bariyerli filmler ve tabakalar halinde olması gerekir. Ticari polimerler yeterli bariyer özelliği sağlamazlar, ancak düşük maliyet, yeterli mekanik özellikler vb. gibi diğer tüm özelliklere sahiptirler.Bariyer özellikleri, PA, EVOH, PVDC gibi bir orta polimer katmanı birlikte ekstrude edilerek elde edilir.Fonksiyonel poliolefinler, hammadde ve bariyer özellikli polimerleri arasında bağlayıcı tabakalar halinde birlikte ekstrüde edilir.Bu işlem kendi başına çok özel bir konudur. Bu sebeple burada detaya girilmeyecektir.
Wood (Talaş) Kompozitler
Odun Unu / Pirinç Kabuğu ile yapılan Polimer kompozitler, polimerin tüm avantajlarına sahip olur iken aynı zamanda ahşabın dezavantajları Kullanılan dolgu ve polimer arasındaki uyumlaştırma etkisi, maleik anhidrit aşılanmış poliolefinlerin kullanılmasıyla sağlanır.Bu tarz uyumlaştırıcılar ile aşağıdaki uygulamalarda oldukça sık kullanılmaktadır:
- Karışımlar ve Alaşımlar
- PP Kompozitler (Mineral ve Cam Dolgulu)
- Ko- Ekstrüde Filmler
Karışımlar ve Alaşımlar
İki veya daha fazla polimerin harmanlanması, termoplastiklerin özelliklerini değiştirmek için oldukça ilginç bir yol sunar.İstenilen özellik kombinasyonuyla yeni malzemeler üretmek için takip edilebilek uygun maliyetli bir yoldur.Ancak, aynı plastik ailesi içinde bile, malzemeler özellik ve işleme davranışlarında o kadar farklıdır ki uygulanan standart bir karışım ile bir kompozit malzemeye dönüştürülemezler.LDPE ve PP gibi aynı grupta olan yapılar bile belli kabul edilebilir özellikler elde etmek için bile homojen olarak karışmazlar.Bileşenlerin zayıf uyumluluğu nedeniyle, bu sistemlerin çoğu, yüksek ara yüzey gerilimi, düşük dağılım derecesi ve düşük mekanik özellikler ile birbirinde ayrılı.Bu nedenle, karışımı istenen özelliklerle uyumlu hale getirmek için bir uyumlulaştırıcı kullanmak son derece önemlidir.
Uyumlu bir karışım, fazlar arasında düşük itme kuvveti olan polimerlerin karışımıdır.Uyumluluk, polimer karışımlarının morfolojisi ve özelliklerinin dengelenmesi (ayrılmasının önlenmesi) ile sonuçlanan herhangi bir fiziksel veya kimyasal yöntemi ifade eder.Polimer karışımları örneğin darbe veya esneklik özelliklerini, kimyasal direnci, ısıl şekillendirilebilirliği ve basılabilirliği değiştirmek için kullanılır. Uyumlaştırılmış karışımların bazı özellikleri tek başına herhangi bir bileşenin özelliklerini aşabilmektedir.
Kullanılabilecek birkaç basit bağlayıcı ajan örneği tablo 1'de verilmiştir.
Tablo:1 Bazı Bağlayıcı Ajan Örnekleri
Bağlayıcı Ajanların Çalışma Mekanizması
Uyumlaştırıcılar kimyasal bir reaksiyon (reaktif uyumlaştırma) veya Van der Waals, hidrojen bağlaması, malzemelerin polaritesine bağlı olarak hidrojen bağlanması (reaktif uyumsuzluk) gibi moleküller arası çekim kuvvetleri aracılığıyla etki ederler. Ayrıca bağdaştırıcı, bir yüzey aktif malzeme, her iki ortam içinde de çözünür olmak suretiyle (yağ / su karışımını dengelemek için yapıldığı gibi) de işlev görebilir.Bu tür bir mekanizmada, malzeme aşılama yoluylabileşenlerinden birine tutunurken diğer kısmı da ikinci fazda çözünür. (Bkz. Şekil 2).
Şekil 2: Uyumlaştırma Mekanizması.
Daha düzgün yüzey olarak dağılmış alanlar, fazlar arasındaki arayüzey enerjisinin azalmasından kaynaklanmaktadır. Bu sayede ara yüz yapışma özelliği geliştirilir, çünkü ayrı fazlarda bulunan bağdaştırıcı bölümleri yapıya kovalent olarak bağlanır.
Maleik anhidrit (MA) aşılanmış poliolefinler, polioelefin ve poliamid gibi polimerlerin harmanlanmasında tipik olarak reaktif bağlayıcılar olarak kullanılır.MA-aşılanmış polietilen (PE) veya PP, yüksek sıcaklıklı poliamid özelliklerinin gerekli olduğu uygulamalarda PA-PP karışımlarını sağlamak için kullanılabilir, ancak poliamidlerin bozunmasına sebep olan nem emilimini azaltmak için PP gereklidir.
Süper Sert Poliamid Alaşımlarının Üretimi
Mükemmel bir mühendislik plastiği olan PA, kuru ve düşük sıcaklıklarda kırılgan olma dezavantajına sahiptir.Çözüm, uygun bir darbe dayanımı sağlayıcı ile karıştırılmasında yatmaktadır. Bu görev genellikle PA malzeme tarafından yapılır veya bu modifiye poliamidler bazı özel kompound ürünler olarak üretilir.Nitekim poliamidin süper sert bir ürüne dönüştürülmesi yeni bir şey değildir ve 20 yıldan fazla bir süredir uygulanmaktadır. Bu alaşım oluşumunun arkasındaki kimya Şekil 3'te gösterilmektedir.
Şekil 3: Alaşım Oluşumu Kimyası
Anhidrit veya asit grubunun varlığı iki amaca hizmet eder:
- Erime işlemi sırasında, asit veya anhidrit grupları, PA ile amin uç grubu veya elastomer üzerinde PA bağı üretmek için amid bağı içeren yolla reaksiyona girer. Bu nedenle aşılama, arayüzey gerilimini azaltır ve her ikisi de PA matristeki stabil, kauçuk fazı dağılımının geliştirilmesine yardımcı olan sterik stabilizasyon yoluyla parçacıkların birleşmesini geciktirir.
- Graft yapıları ayrıca fazlar arası yapışmayı arttırır ve fazlar arasında gerilmenin transferini sağlar. Tablo 2, MAH aşılı Polietilenin% 5-30 oranlarında PA-6 ile yapılan karışımının, çentikli darbe değerinde iyileşme sağladığını gösterir.
Tablo:2 Çentikli Darbe Dayanımında İyileştirme
Darbe dayanımı gelişimi tavlanmış ( kondüsyonlanmış) numunelerde daha belirgindir, ancak tavlanmamış durumda (kalıptan çıktığı gibi) çok daha kritiktir, çünkü bu PA bileşenin, tavlama aşamasından geçmek zorunda kalmadan doğrudan montaj işleminden geçebileceği anlamına gelir. Bu, müşteriye verilen kalıplama ve hızlı teslimat ile bekletme süresinin azalması anlamına gelir. PA 6 ve 66 için olduğu gibi diğer türler içinde uyun bağdaştırıcılar mevcuttur.
Yerinde Karışım (Enjeksiyon Kalıplama Sırasında Haznede Harmanlama):
Yerinde karışımın en büyük özelliği, üretilecek malzemeye göre her türlü bağlayıcının farklı oranlarda seçilmesine imkan vermesidir ve imalatçının istediği özellikler konusunda bir sınırlama getirmemesidir.
Yüksek tokluğa sahip PA karışımının bileşenleri, ayrı bir kompound basamağından geçmeden doğrudan bir enjeksiyon makinesinde kalıplanabilir. Bu şekilde katkı istenen oranda kullanılarak özellikler ayarlanabilecektir.
Mineral ve Cam Elyaf Dolgulu Polipropilen
Polipropilen genelde, kil, kalsiyum karbonat ve talk gibi dolgu maddeleri ile kompound edilir. Bu dolgular kalıplamadaki çekme oranını azaltır, önemli derecede bir tokluk verir, ısı bozulma sıcaklığını arttırır ve aynı zamanda maliyeti düşürür.Dolgu seviyesi genellikle% 20 ila 40 arasındadır; ancak son zamanlarda dolgu maddesi içeriği % 80'e kadar olan kompoundlar üretildi ve her türlü kalıplama ve ekstrüzyon uygulamalarında kullanıldı.Bu malzemeler, klima ve ısıtıcı muhafazası, dış aydınlatma muhafazası, iç yan paneller ve hava filtresi yuvaları gibi otomotiv parçalarının üretiminde de kullanım alanı bulmaktadır. Dolgulu kompoundlar aynı zamanda cihaz gövdelerinin, kalıplanmış mobilyaların ve elektronik bileşenlerin imalatında da kullanılır.Kalıpçılar kompoun ürünü ya olduğu gibi kullanırlar veya daha yüksek dolgu maddesi içeren bir kompound kullanırlar ve kalıplamadan önce saf PP ile seyreltirler.
MAH aşılı Polipropilen, dolgulu polipropilen için kullanılır, burada mineral dolgu maddesi ve PP matrisi arasında bir ara yüzey maddesi olarak mekanik özellikler, artırır ve genel işlenebilme özelliklerini geliştirir.Maleat içerikli bir polimer bir bağlayıcı madde olarak kullanıldığı zaman, ince partikül halindeki mineral artık dolgu olarak kalmaz, polimer matrisine bağlanarak güçlendirici etkisi yapar.Bu tür kompozit compound uygulamalarında, otomobillerde olduğu gibi yüksek darbe dayanımı gerektiren malzemeler için, ilk tercih edilen malzeme olan cam elyaf dolgulu PP'dir.
Maleat poliolefin kullanılarak geliştirilebilecek diğer özellikler:
● Kalıplamadaki parlaklık artar. Renkli bileşenlerde renk tonunda bir iyileşme elde edilir.
- Dolgulu PP ekstrüzyonlarında (film, levha ve diğer profil imlatlarında), karışıma ilave edilen diğer katkı maddelerinin çözücü etkisi kalıp yüzeyini aşındırır. Ama MAH aşılı polimerlerde bu oran düşüktür.
- Aynı zamanda yüksek dolgulu malzemelerin ekstrüzyonunu daha pürüzsüz hale getirir ve kalıbın genişliği boyunca dağılımını daha iyi hale getirir.
- HDPE ve PP bazlı sentetik kâğıtta dolgu içeriğinin arttırılmasını sağlar, böylece yazılabilirliği arttırır.
MAH aşılı PP'nin aynı etkinliği, ticari olarak ahşap plastik kompozit malzemeler olarak bilinen odun talaşı ile doldurulmuş PP bileşiklerinde de kullanılabilmektedir.
Plastik Wood Kompozitler:
Ahşap Plastik Kompozit, çeşitli plastiklerle (PP, PE, PVC) karıştırılmış ince talaş atığı malzemeler (parke, yumuşak ağaç, kontrplak, yer fıstığı kabuğu, bambu, saman vb. Gibi selüloz bazlı dolgu maddeleri) kullanır.Toz hamur kıvamında sıkılır ve sonra istenen şekilde extrude edilir.Renklendiriciler, bağlayıcı ajanlar, stabilizatörler, şişirme ajanları, takviye edici katkılar, köpürtücü ajanlar, kaydırıcılar gibi katkı maddeleri, nihai ürünün hedef uygulama alanına uyarlanmasına yardımcı olur.Bunlardan maleik anhidrid aşılanmış poliolefin bağlayıcı ajanlar, kompozitin mekanik seviyesinin arttırılmasında hayati bir rol oynamaktadır.PP ve HDPE bazlı ürünler bağlayıcılar mevcuttur.Yüzde 70'e kadar selüloz içeriği ile ahşap-plastik kompozitler, ahşap gibi davranış gösterdiğinden dolayı geleneksel ahşap işleme aletleri kullanılarak işlenebilir.Aynı zamanda, son derece neme dayanıklıdırlar. Nem az veya hiç olmadığından, çürümeye karşı direnci artıyor. Pirinç kabuğu için aşağıdaki tabloda gösterildiği gibi MAH aşılı poliolefin ilavesiyle yapılan kompozitin özellikleri büyük ölçüde geliştirilmiştir.
Ağaç plastik kompozit ürünler
Kereste, zemin kaplaması ve korkuluk, pencere profilleri, duvar çivileri, kapı çerçeveleri, mobilya, paletler, çit, rıhtım, siding, mimari profiller, panjurlar, otomotiv parçaları yurtdışındaki wood kompozit uygulamalarından bazılarıdır.
Özellikleri:
- Ölçüsel durağanlık
- Termit ve mikrobiyal saldırılara karşı direnç
- Geniş bir sıcaklık aralığında kararlıdır
- Neme dayanıklı
- Darbelere dayanıklı
- Düşük alev yayılımı
- Mükemmel termal özellikler
- Üstün vida ve çivi tutma
- Basınç-çekme-kayma dayanımı
- Yüksek kayma direnci
- Çevre dostu
- Geri dönüştürülebilir
- Çok çeşitli yüzeyler ve görünüm
- Atık ve geri dönüştürülmüş malzemelerin kullanımı
- Rekabetçi fiyat
- Kolayca üretilir ve kolayca imal edilir
Kompozit son ürünün özellikleri, matrisin, dolgu maddesinin ve ikisi arasındaki arayüzey bağ kuvvetinin bir fonksiyonudur. Arayüzey bağını etkileyen faktörler şunlardır:
- Karışımın bileşen özellikleri - tür, miktar, dağılım
- Dolgu ve / veya plastiğin değiştirilmesi
- Dolgu dahil etme yöntemi
- İşleme koşulları - bileşik, enjeksiyon kalıplama, ekstrüzyon
Tablo 3: MAH Aşılı Polyolefin ilavesiyle Pirinç Kabuğu ile yapılan kompozit malzeme özelliklerinde Gelişme.
Rüstem Polat Plastik Eğitim Danışmanlık Mühendislik
