Poliüretan
Poliüretan, karbamat bağlantıları ile birleştirilen organik üniteler zincirinden oluşan bir polimerdir. Esnek ve esnemeyen köpükler, dayanıklı elastomerler ve yüksek performanslı yapıştırıcılar, sentetik lifler, contalar, prezervatifler, halıların alt kısmı ve sert plastik yapımında kullanılırlar.
Esnek poliüretan köpükler, poliüretan süngerler olarak da bilinirler ve yataklarda, mobilyalarda konfor malzemesi olarak vazgeçilmezdir. Esnemeyen köpükler ise daha çok ısı ve ses izolasyonunda kullanılır.
Poliüretan ürünlere çoğu zaman üretanlar da denir. Ancak etil karbamat olarak da bilinen özel üretan maddesi ile karıştırılmamalıdır. Poliüretanlar etil karbamattan yapılmaz ve onu içermezler.
Tarihçe
Otto Bayer ve Almanya'nın Leverkusen kentindeki IG Farben'deki iş arkadaşları poliüretanları ilk kez 1937'de sentezlenmiş ve diizosiyanatın diol ile reaksiyonuyla elde edilmiştir.[1][2] Eğer ortamda su da varsa diizosiyanatın bir kısmı diol ile polimerleşirken küçük bir kısmı da su ile gaz (karbondioksit) çıkışı reaksiyonu vererek gözenekli poliüretan yapıyı (köpük veya sünger yapısı) meydana getirir. Olgunlaşma süresi (24-72 saat) sonunda oldukça sağlam bir polimer yapı elde edilir. Daha sonraları diollerin yerini daha büyük molekül ağırlıklı, polieter veya poliester yapısındaki polioller almıştır. Bu şekilde oluşan poliüretan daha sağlam ve daha esnek bir elastomer oluşturur.
Yeni polimerlerin, olefinlerin polimerleştirilmesi veya polikondensasyon yoluyla yapılan mevcut plastiklere göre bazı avantajları vardı ve Wallace Carothers'ın polyesterlere ilişkin aldığı patentlerin kapsamına girmiyordu.[3]
Elyaf ve esnek köpük üretimine odaklanan ilk çalışmalar ve PU'lar, II. Dünya Savaşı sırasında uçak kaplaması olarak sınırlı ölçekte uygulandı.[3] Poliizosiyanatlar 1952'de ticari olarak temin edilebilir hale geldi ve esnek poliüretan köpük üretimi 1954'te toluen diizosiyanat (TDI) ve polyester poliollerin birleştirilmesiyle başladı. Bu malzemeler aynı zamanda sert köpükler, sakız kauçuğu ve elastomerler üretmek için de kullanıldı. Doğrusal elyaflar hekzametilen diizosiyanat (HDI) ve 1,4-Butanediol'den (BDO) üretildi.
| Diizosiyanatın bir poliolle reaksiyonu ile oluşturulan bir poliüretan |
 |
Günümüzde poliüretanların esnek köpükler (süngerler), esnek ve şişmeyen yapıdaki elastomerler, yapıştırıcılar, kaplamalar, hem elastomer hem köpük yapısını içinde barındıran integral ürünler, sert köpükler (yalıtım malzemeleri), sert ve şişmeyen yapıdaki tahta taklidi ürünler gibi uygulamaları vardır. Bunların köpük yapısındaki poliüretanlarda genellikle polieter polioller kullanılır.
Esnek köpüklerde ise şişirme ajanı olarak su, sert köpüklerde ise suyun yanında ısı yalıtımı sağlayan gazlar da kullanılır. Esnek köpükler genellikle konfor sağlama amacıyla üretildiği için açık hücre yapısında olmak zorundadır, sert köpükler ise kapalı hücre yapısında olmalı ve içerdiği gazı dışarıya salmamalıdır.
Şişmeyen poliüretanlarda ise bileşenlerdeki nem tamamen uzaklaştırılmalıdır. Bunların dışında poliester polioller kullanılarak üretilen terlik ve ayakkabı tabanları da poliüretan uygulamaları arasındadır. Ayrıca koltuk döşemelerinde, çanta ve ayakkabılarda kullanılan suni deri de poliüretandır.
Giydiğimiz ayakkabının tabanı olarak, oturduğumuz koltuklarda ve yattığımız yataklarda sünger ve suni deri olarak, ayna ve koltuk süslemelerinde tahta taklidi olarak, buzdolabı, termosifon vb. de yalıtım malzemesi olarak, araba konsolu ve direksiyonu olarak, fabrikaların ve soğuk odaların duvarlarını ve çatılarını kaplayan paneller olarak poliüretan hayatımızın her yerdedir.
Kimya
Poliüretanlar, genellikle bir katalizör varlığında veya ultraviyole ışığa maruz bırakıldığında diizosiyanat'ların poliollerle reaksiyona[4][5][6][7][8][9] sokulmasıyla üretilir.[10]
Genelde kullanılan katalizörler DABCO, DMDEE gibi üçüncül aminler veya dibütilkalay dilaurat gibi metalik sabunlardır. Aşırı izosiyanat trimerize olup katı poliizosiyanüratların oluşumuna yol açabileceğinden, başlangıç malzemelerinin stokiyometrisi dikkatli şekilde kontrol edilmelidir. Polimer genellikle yüksek derecede çapraz bağlı bir moleküler yapıya sahiptir, bu da ısıtıldığında erimeyen bir termoset malzemeyle sonuçlanır; ancak bazı termoplastik poliüretanlar da üretilmektedir.
Poliüretanın en yaygın uygulaması, polimerizasyonda bir gazın veya şişirici maddenin varlığını gerektiren katı köpüklerdir. Bu genellikle izosiyanatlarla reaksiyona girerek CO2 gazı ve kararsız bir karbamik asit grubu yoluyla amin oluşturan az miktarda su eklenerek elde edilir. Üretilen amin ayrıca üre grupları oluşturmak için izosiyanatlarla reaksiyona girebilir ve bu nedenle polimer, hem bunları hem de üretan bağlayıcıları içerir. Üre, reaksiyon karışımında çok çözünmez ve çoğunlukla poliüreden oluşan ayrı "sert bölüm" fazlar oluşturma eğilimindedir. Bu poliüre fazlarının konsantrasyonu ve düzenlemesi köpüğün özelliklerinde önemli etki yapar.[11]
![{\displaystyle {\begin{array}{l}{\ce {{R-N=C=O}+H2O->[{\ce {step}}\ 1]R1-{\underset {| \atop \displaystyle H}{N}}-{\overset {\displaystyle O \atop \|}{C}}-O-H->[{\ce {step}}\ 2][{\ce {-CO2}}]{R-NH2}+{R-N=C=O}->[{\ce {step}}\ 3]-R-{\underset {| \atop \displaystyle H}{N}}-{\overset {\displaystyle O \atop \|}{C}}-{\underset {| \atop \displaystyle H}{N}}-R}}{-}\end{array}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/5eb505ebc6b4c6a6c75d1183f436772b219512c4)
Üretilen köpüğün türü, şişirici maddenin miktarının düzenlenmesiyle ve ayrıca polimerizasyon karışımının reolojisini değiştiren çeşitli yüzey aktif maddelerin eklenmesiyle kontrol edilir. Köpükler, orijinal kabarcıkların veya hücrelerin çoğunun bozulmadan kaldığı "kapalı hücreli" veya kabarcıkların kırıldığı ancak kabarcık kenarlarının şeklini koruyacak kadar sert olduğu "açık hücreli" veya aşırı durumlarda ağsı olabilir.
Açık hücreli köpükler yumuşaklık hissi oluşturur ve hava geçişine izin verir bu nedenle koltuk minderlerinde veya şiltelerde rahatlık için kullanılır.
Kapalı hücreli köpükler sert ısı yalıtımında kullanılır. Çok yoğun mikro hücresel plastik köpükler, kullanımdan önce poliolün mekanik olarak köpürtülmesi yoluyla şişirici maddelerin eklenmesine gerek kalmadan oluşturulabilir. Bunlar, araba direksiyon simidi veya ayakkabı taban kaplamalarında kullanılan sert elastomer malzemelerdir.
Poliüretanın özellikleri, onu yapmak için kullanılan izosiyanat ve poliol türlerinden büyük ölçüde etkilenir. Poliolün katkıda bulunduğu uzun, esnek bölümler yumuşak, elastik polimer oluşturur. Çok miktarda çapraz bağlanma, sertlik veya sert polimerler oluşturur. Uzun zincirler ve düşük çapraz bağlanma çok esnek polimer, çok sayıda çapraz bağlı kısa zincirler sert polimer, uzun zincirler ve ara çapraz bağlanma ise köpük yapımında yararlı bir polimer oluşturur.
Hammaddeler
Poliüretan yapmak için ana bileşenler di- ve tri - izosiyanatlar ve poliollerdir. Polimerin işlenmesine yardımcı olmak veya polimerin özelliklerini değiştirmek için başka malzemeler de eklenir.
İzosiyanatlar
Poliüretan yapımında kullanılan izosiyanatın her molekülünde iki veya daha çok izosiyanat grubu vardır. En çok kullanılan izosiyanatlar, aromatik diizosiyanatlar, toluen diizosiyanat (TDI) ve metilen difenil diizosiyanattır (MDI).
TDI ve MDI genellikle diğer izosiyanatlardan daha ucuz ve daha reaktiftir. Endüstriyel tip TDI ve MDI izomerlerin karışımlarıdır ve MDI genellikle polimerik malzemeler içerir.
Köpüklerin, esnek köpük (örn. kalın döşemelik yatak köpüğü veya kalıplanmış araba koltuk köpüğü),[12] sert köpük (örn. buzdolabı ısı yalıtım köpüğü) ve elastomerler (örneğin ayakkabı tabanları) vb. gibi kullanım alanları vardır.
Kısmen poliollerle reaksiyona sokularak veya izosiyanatların uçuculuğu (ve böylece zehirliliğini) azaltmak için başka malzemeler katarak, işlemeyi kolaylaştırmak veya nihai polimerlerlerin özelliklerini geliştirmek için donma sıcaklık noktaları düşürerek izosiyanatların yapısı değiştirilebilir.
Alifatik ve sikloalifatik izosiyanatlar daha az miktarlarda, çoğunlukla renk ve şeffaflığın önemli olduğu kaplamalarda ve diğer uygulamalarda kullanılır çünkü aromatik izosiyanatlarla yapılan poliüretanlar ışığa maruz kaldıklarında koyulaşır.[13]
En önemli alifatik ve sikloalifatik izosiyanatlar, 1,6-hekzametilen diizosiyanat (HDI), 1-izosiyanato-3-izosiyanatometil-3,5,5-trimetil-siklohekzan (izoforon diizosiyanat, IPDI) ve 4,4'-diizosiyanato disikloheksilmetandır (H12MDI ya da hidrojene MDI).
Polioller
Polioller, epoksitlerin reaksiyonu ile aktif hidrojen içeren bileşikler kullanılarak yapılan polieter polioller olabilir. Poliester polioller çok fonksiyonlu karboksilik asitleri ve polihidroksil bileşiklerinin polikondensasyonu ile yapılır. Son kullanımlarına göre ayrıca sınıflandırılabilirler.
Daha fazla molekül ağırlıklı polioller (2.000 ila 10.000 arasındaki molekül ağırlıkları olanlar) daha esnek poliüretanlar yapmak için kullanılırken daha az molekül ağırlıklı polioller (300 ila 700 arasındaki molekül ağırlıkları olanlar) daha sert ürünler yapar.
Esnek uygulamalara yönelik polioller, dipropilen glikol (f = 2), gliserin (f = 3) veya sorbitol/su çözeltisi (f = 2,75) gibi düşük işlevselliğe sahip başlatıcılar kullanır.[14] Sert uygulamalara yönelik polioller, sakkaroz (f = 8), sorbitol (f = 6), tolüendiamin (f = 4) ve Mannich bazları (f = 4) gibi daha yüksek işlevselliğe sahip başlatıcılar kullanır. İstenilen moleküler ağırlığa ulaşılıncaya kadar başlatıcılara propilen oksit ve/veya etilen oksit eklenir. Ekleme sırası ve her oksidin miktarı, uyumluluk, suda çözünürlük ve reaktivite gibi birçok poliol özelliğini etkiler. Yalnızca propilen oksitle yapılan polioller ikincil hidroksil gruplarıyla sonlanır ve birincil hidroksil grupları içeren etilen oksitle kaplı poliollerden daha az reaktiftir. Karbon dioksitin poliol yapısına dahil edilmesi birçok şirket tarafından araştırılmaktadır.
Aşılama poliolleri (aynı zamanda dolgulu polioller veya polimer polioller olarak da adlandırılır), yüksek moleküler ağırlıklı bir polieter omurgasına kimyasal olarak aşılanmış, ince bir şekilde dağılmış stiren-akrilonitril, akrilonitril veya poliüre (PHD) polimer katıları içerir. Düşük yoğunluklu, yüksek dirençli (HR) köpüğün yük taşıma özelliklerini artırmak ve ayrıca mikro hücresel köpüklere ve döküm elastomerlere dayanıklılık kazandırmak için kullanılırlar. Etilendiamin ve trietanolamin gibi başlatıcılar, omurgadaki nitrojen atomlarının varlığı nedeniyle yerleşik katalitik aktiviteye sahip düşük molekül ağırlıklı sert köpük polioller yapmak için kullanılır. Tetrahidrofuranın polimerleştirilmesiyle elde edilen özel bir polieter poliol sınıfı olan poli(tetrametilen eter) glikoller, yüksek performanslı kaplama, ıslatma ve elastomer uygulamalarında kullanılır.
Geleneksel polyester polioller işlenmemiş ham maddelere dayalıdır ve adipik asit ve 1,4-butandiol gibi yüksek saflıkta diasitlerin ve glikollerin doğrudan polyesterleştirilmesiyle üretilir. Polyester polioller genellikle polieter poliollerden daha pahalı ve daha viskozdur ancak daha iyi solvent, aşınma ve kesilme dirençli poliüretanlar üretirler. Diğer polyester polioller geri dönüştürülmüş hammaddelere dayanır. Geri dönüştürülmüş poli(etilentereftalat) (PET) veya dimetiltereftalat (DMT) damıtma tabanlarının dietilen glikol gibi glikollerle transesterifikasyonu (glikoliz) yoluyla üretilirler. Bu az molekül ağırlıklı, aromatik polyester polioller sert köpükte kullanılır ve poliizosiyanürat (PIR) levha ve poliüretan sprey köpük izolasyonuna az maliyet ve mükemmel yanıcılık özellikleri kazandırır.
Özel polioller arasında polikarbonat polioller, polikaprolakton polioller, polibütadien polioller ve polisülfür polioller yer alır. Malzemeler, üstün hava koşullarına dayanıklılık ve kimyasal ve çevresel saldırılara karşı dayanıklılık gerektiren elastomer, sızdırmazlık maddesi ve yapıştırıcı uygulamalarında kullanılır. Hint yağı ve diğer bitkisel yağlardan türetilen doğal yağ poliolleri, elastomerler, esnek topuz ve esnek kalıplanmış köpük yapmak için kullanılır.
Hidroksialkil vinil eter içeren vinil eterler ile klorotrifloroetilen veya tetrafloroetilenin kopolimerleştirilmesi, florlanmış (FEVE) polioller üretir. FEVE florlu poliollerin poliizosiyanatla reaksiyona sokulmasıyla hazırlanan iki bileşenli florlu poliüretanlar, ortam koşullarında kürlenen boyalar ve kaplamalar yapmak için kullanılmıştır. Florlu poliüretanlar, tüm kimyasal bağlar arasında en güçlü bağlar olan yüksek oranda flor-karbon bağları içerdiğinden, florlu poliüretanlar UV'ye, asitlere, alkalilere, tuzlara, kimyasallara, solventlere, hava koşullarına, korozyona, mantarlara ve mikrobiyal saldırılara karşı direnç gösterir. Bunlar yüksek performanslı kaplamalar ve boyalar için kullanılmıştır.[15]
Alev geciktirici olarak kullanılmak üzere poliüretan matrisine kimyasal olarak bağlanan fosfor içeren polioller mevcuttur. Bu kovalent bağlantı, organofosfor bileşiğinin göçünü ve sızmasını önler.
Biyolojik türevli malzemeler
Sürdürülebilir "yeşil" ürünlere olan ilgi, bitkisel yağlardan türetilen poliollere olan ilgiyi artırdı.[16][17][18] Poliüretanlar için poliollerin hazırlanmasında kullanılan çeşitli yağlar arasında soya fasulyesi, pamuk tohumu, neem tohumu ve hint yağı bulunur. Bitkisel yağlar çeşitli yollarla işlevselleştirilir ve polieteramid, polieterler, alkidler vb.'ye dönüştürülür. Poliollerin hazırlanmasında kullanılan yenilenebilir kaynaklar, dimer yağ asitleri veya yağ asitleri olabilir.[19] Bazı biyo bazlı ve izosiyanat içermeyen poliüretanlar, polihidroksiüretanlar üretmek için poliamin'ler ve siklik karbonatlar arasındaki reaksiyondan yararlanır.[20]
Zincir uzatıcılar ve çapraz bağlayıcılar
Zincir uzatıcılar (f = 2) ve çapraz bağlayıcılar (f ≥ 3), poliüretan elyafların, elastomerlerin, yapıştırıcıların ve bazı yekpare yüzey ve mikro hücresel köpüklerin polimer morfolojisinde önemli rol oynayan düşük moleküler ağırlıklı hidroksil ve amin sonlu bileşiklerdir. Bu malzemelerin elastomerik özellikleri, polimerin sert ve yumuşak kopolimer bölümlerinin faz ayrımından türetilir; böylece üretan sert bölüm alanları, amorf polieter (veya polyester) yumuşak bölüm alanları arasında çapraz bağlantılar görevi görür. Bu faz ayrımı, çoğunlukla polar olmayan, düşük erime noktalı yumuşak bölümlerin, polar, yüksek erime noktalı sert bölümlerle uyumsuz olması nedeniyle oluşur. Yüksek molekül ağırlıklı poliollerden oluşturulan yumuşak bölümler hareketlidir ve normalde sarmal yapıda bulunurken izosiyanat ve zincir uzatıcılardan oluşan sert bölümler sert ve hareketsizdir. Sert bölümler yumuşak bölümlere kovalent olarak bağlandığından, polimer zincirlerinin plastik akışını engeller, böylece elastomerik esneklik yaratır. Mekanik deformasyon üzerine, yumuşak bölümlerin bir kısmı açılma yoluyla gerilir ve sert bölümler gerilim yönünde hizalanır. Sert bölümlerin bu şekilde yeniden yönlendirilmesi ve bunun sonucunda ortaya çıkan güçlü hidrojen bağı, yüksek gerilme mukavemeti, uzama ve yırtılma direnci değerlerine katkı yapar.[7][21][22][23][24]
Zincir uzatıcının seçimi aynı zamanda bükülme, ısı ve kimyasal direnç özelliklerini de belirler. En önemli zincir genişleticiler etilen glikol, 1,4-butandiol (1,4-BDO veya BDO), 1,6-heksandiol, sikloheksan dimetanol ve hidrokinon bis(2-hidroksietil) eterdir (HQEE). Bu glikollerin tümü, fazları iyi ayrılan ve iyi tanımlanmış sert segment alanları oluşturan ve eriyik halinde işlenebilen poliüretanlar oluşturur. Türetilmiş bis-fenil üretanı yüksek sert segment seviyelerinde olumsuz bozunmaya maruz kaldığından, etilen glikol hariç hepsi termoplastik poliüretanlar için uygundur.[5] Dietanolamin ve trietanolamin esnek kalıplanmış köpüklerde sertlik oluşturmak ve katalitik aktivite eklemek için kullanılır. Dietiltoluendiamin, RIM'de ve poliüretan ve poliüre elastomer formülasyonlarında yaygın olarak kullanılır.
| Bileşik türü | Molekül | Mol. kütle | Yoğunluk (g/cm3) | Erime noktası (°C) | Kaynama noktası (°C) |
|---|---|---|---|---|---|
| Hidroksil bileşikleri – iki işlevli moleküller | Etilen glikol | 62.1 | 1.110 | −13.4 | 197.4 |
| Dietilen glikol | 106.1 | 1.111 | −8.7 | 245.5 | |
| Trietilen glikol | 150.2 | 1.120 | −7.2 | 287.8 | |
| Polietilen glikol | 194.2 | 1.123 | −9.4 | 325.6 | |
| Propilen glikol | 76.1 | 1.032 | Süper soğutmalar | 187.4 | |
| Dipropilen glikol | 134.2 | 1.022 | Süper soğutmalar | 232.2 | |
| Tripropilen glikol | 192.3 | 1.110 | Süper soğutmalar | 265.1 | |
| 1,3-Propandiol | 76.1 | 1.060 | −28 | 210 | |
| 1,3-Butandiol | 92.1 | 1.005 | — | 207.5 | |
| 1,4-Butandiol | 92.1 | 1.017 | 20.1 | 235 | |
| Neopentil glikol | 104.2 | — | 130 | 206 | |
| 1,6-Heksandiol | 118.2 | 1.017 | 43 | 250 | |
| Sikloheksandimetanol | — | — | — | — | |
| HQEE | — | — | — | — | |
| Etanolamin | 61.1 | 1.018 | 10.3 | 170 | |
| Dietanolamin | 105.1 | 1.097 | 28 | 271 | |
| Metildietanolamin | 119.1 | 1.043 | −21 | 242 | |
| Fenildietanolamin | 181.2 | — | 58 | 228 | |
| Hidroksil bileşikleri – üç işlevli moleküller | Gliserin | 92.1 | 1.261 | 18.0 | 290 |
| Trimetilolpropan | — | — | — | — | |
| 1,2,6-Heksantriol | — | — | — | — | |
| Trietanolamin | 149.2 | 1.124 | 21 | — | |
| Hidroksil bileşikleri – dört işlevli moleküller | Pentaeritritol | 136.2 | — | 260.5 | — |
| N,N,N′,N′-Tetrakis (2-hidroksipropil) etilendiamin | — | — | — | — | |
| Amin bileşikleri – iki işlevli moleküller | Dietil toluen diamin | 178.3 | 1.022 | — | 308 |
| Dimetiltiotoluendiamin | 214.0 | 1.208 | — | — |
Üretim
Poliüretan bitmiş ürün üretme yöntemleri, küçük, elle dökülen parça parça operasyonlarından büyük, yüksek hacimli topuz (buntstock) ve levha üretim hatlarına kadar uzanır. Nihai ürün ne olursa olsun üretim prensibi aynıdır: sıvı izosiyanat ve reçine karışımını belirli bir stokiyometrik oranda ölçülür, homojen karışım elde edilene kadar bunları birlikte karıştırılır, reaksiyona giren sıvıyı bir kalıba veya bir yüzeye dağıtılır, sertleşene kadar beklenir, ardından bitmiş parça kalıptan çıkarılır.
Dağıtım ekipmanı
Sermaye harcama yüksek olabilse de, bitmiş parçaların sabit çıktısını gerektiren az hacimli üretim operasyonları için bile ölçümlü karıştırma veya dağıtım ünitesinin kullanılması istenir. Dağıtım ekipmanı, malzeme tutma (günlük) tankları, ölçüm pompaları, karıştırma kafası ve kumanda ünitesinden oluşur. Karışım verimliliğini, kürleme oranını artırmak ve proses değişkenliğini azaltmak amacıyla malzeme sıcaklığını kontrol etmek için bir şartlandırıcı veya ısıtıcı-soğutma ünitesi eklenir. Dağıtım ekipmanı bileşenlerinin seçimi, dozaj boyutuna, üretim miktarına, viskozite ve dolgu içeriği gibi malzeme özelliklerine ve proses kontrole bağlıdır. Malzeme günlük tankları tek ila yüzlerce litre boyutunda olabilir ve doğrudan varillerden, IBC'lerden (orta büyüklükteki konteyner'ler, örneğin kafesli IBC kutuları) veya dökme depolama tank'larından beslenebilir. Seviye sensörleri, iklimlendirme ceketleri ve karıştırıcıları içerebilirler. Pompalar saniyede tek gramdan dakikada yüzlerce kiloya kadar ölçüm yapacak şekilde boyutlandırılabilir. Döner, dişli veya pistonlu pompalar olabilirler veya kıyılmış veya çekiçle öğütülmüş cam elyafı ve volastonit gibi yüksek derecede aşındırıcı dolgu maddeleri içeren sıvıları ölçmek için özel olarak sertleştirilmiş lanslı pompalar olabilirler.
Kontrol panelini, yüksek basınçlı pompayı, entegre günlük tanklarını ve hidrolik tahrik ünitesini gösteren yüksek basınçlı poliüretan dağıtım ünitesi
Basit kumandaları gösteren yüksek basınçlı karıştırma kafası (önden görünüm)
Malzeme beslemesini ve hidrolik tahrik hatlarını gösteren yüksek basınçlı bir karıştırma kafası (arkadan görünüm)
Pompalar, alçak basınçlı (10 ila 30 bar, 1 ila 3 MPa) veya yüksek basınçlı (125 ila 250 bar, 12,5 ila 25,0 MPa) dağıtım sistemlerini çalıştırabilir.
Karıştırma kafaları basit statik karıştırma tüpleri, döner elemanlı karıştırıcılar, düşük basınçlı dinamik karıştırıcılar veya yüksek basınçlı, hidrolik çalıştırılan doğrudan çarpmalı karıştırıcılar olabilir.
Kontrol üniteleri temel açma/kapama ve dağıtım/durdurma anahtarlarına ve analog basınç ve sıcaklık göstergelerine sahip olabilir veya karışım oranını elektronik olarak kalibre etmek için akış ölçerler, dijital sıcaklık ve seviye sensörleri ve istatistiksel proses kontrol yazılımıyla bilgisayarla kumanda edilebilir. Dağıtım ekipmanına ayrıca çekirdekleştirme veya gaz enjeksiyon üniteleri ve tamamlayıcı katkı paketlerinde pigment eklemek veya ölçüm yapmak için üçüncü veya dördüncü debi kapasite eklentileri vardır.
Kalibrasyon odası takılı, malzeme beslemesini ve hava tahrik hatlarını gösteren düşük basınçlı bir karıştırma kafası
Karışım bölmeleri, konik karıştırıcılar ve montaj plakaları dahil düşük basınçlı karıştırma başlığı bileşenleri
Düşük basınçlı dağıtım ünitesini beslemek için 5 galonluk (20 litre) günlük malzeme tankları
Takımlar
Yerinde dökme, topuz ve levha ve kaplama uygulamalarından farklı olarak parçaların üretimi, reaksiyona giren sıvıyı içerecek ve şekillendirecek takımların kullanılmasını gerektirir. Kalıp yapım malzemesinin seçimi, kullanım ömrünün (EOL) beklenen kullanım sayısına, kalıplama basıncına, esnekliğe ve ısı transfer özelliklerine bağlıdır.
RTV silikonu, binlerce parçada EOL'ye sahip takımlar için kullanılır. Genellikle, alttan kesiklerin etrafında kalıbı germe ve soyma yeteneğinin gerekli olduğu sert köpük parçalarının kalıplanması için kullanılır. RTV silikon kalıplamanın ısı transfer özelliği zayıftır. Bu şekilde yüksek performanslı, esnek poliüretan elastomerler de kullanılır.
Epoksi, metal dolgulu epoksi ve metal kaplı epoksi, on binlerce parçadan oluşan EOL'ye sahip takımlar için kullanılır. Tipik olarak esnek köpük yastıklar ve oturma yerleri, entegre kaplama ve mikro hücreli köpük dolgu ve sığ taslak RIM çerçeveleri ve ön panonun kalıplanması için kullanılır. Epoksi kalıplamanın ısı transfer özelliği iyidir; metal dolgulu ve metal kaplı epoksinin ısı transfer özelliği iyidir. Aletin gövdesine bakır borular yerleştirilebilir, böylece sıcak su dolaşarak kalıp yüzeyinin ısıtılması sağlanır.
Yüzbinlerce parçada EOL bulunan takımlarda alüminyum kullanılır. Tipik olarak mikro hücresel köpük conta ve döküm elastomer parçalarının kalıplanması için kullanılır ve öğütülür veya ekstrüzyonla şekillendirilir.
Ayna kaplama paslanmaz çelik, bitmiş parçaya parlak bir görünüm kazandıran takımlama için kullanılır. Metal işlemenin ısı transfer özelliği mükemmeldir.
Son olarak, kalıplanmış veya frezelenmiş polipropilen, kalıplanmış conta uygulamaları için düşük hacimli takımlar oluşturmak amacıyla kullanılır. Birçok pahalı metal kalıp yerine, tek bir metal kalıptan düşük maliyetli plastik kalıplar oluşturulabilir ve bu da daha fazla tasarım esnekliği sağlar. Polipropilen kalıplamanın ısı transfer özelliği zayıftır ve bu durumun formülasyon işlemi sırasında dikkate alınması gerekir.
Uygulama
2007 yılında küresel poliüretan hammadde tüketimi 12 milyon mt'un üzerindeydi ve yıllık ortalama büyüme oranı %5 civarındaydı.[26] Küresel pazarda PUR ile elde edilen gelirlerin 2022 yılına kadar yaklaşık 75 milyar ABD dolarına yükselmesi bekleniyordu.[27] Poliüretanlar çok önemli bir malzeme sınıfı olduğundan sürekli araştırmalar yapılmakta ve makaleler yayınlanmaktadır.[28]
Köpükler
Köpükler poliüretandan çok kolay bir şekilde yapılabilmektedir. PUR köpüklerin özelliği, işleme şirketlerinin yarı mamul ürünler (kesilmiş haldeki köpük) alabilmeleri veya yerinde sıvı bileşenlerden köpükler üretebilmeleridir. Bileşenler aynı zamanda köpüğün oluşturulduğu endüstriyel parçaların içine veya üzerine de yerleştirilebilir.
Yumuşak PUR köpükler, özellikle döşeme malzemesi olarak (örneğin mobilya veya araba koltukları için), yatak köpüğü olarak, halı taban malzemesi olarak, tekstil laminasyonu için, temizleme süngeri olarak veya filtre malzemesi olarak birçok amaç için kullanılır. PUR yumuşak köpükler çoğunlukla açık hücrelidir ve geniş bir sertlik ve yoğunluk aralığında vardır.
PUR sert köpükler binalarda, soğutma cihazlarında, ısı ve soğuk hava depolarında ve bazı boru sistemlerinde öncelikle ısı yalıtımı için kullanılır.
Araç yapımında PUR köpüklerin nispeten yeni uygulama alanları da bulunur (direksiyon simidi, kol dayanağı, tutacakların yumuşak kaplaması, iç paneller, ön panel, ses yalıtımı, contalar, ahşap dekorun şeffaf kaplaması). Poliüretanın sönümleme etkisi sıklıkla aşınmaya karşı koruma da sağlar, bu da özellikle uzun hizmet ömrü olan güvenlikle ilgili bileşenlerin üretilmesini sağlar.[29]
Isı yalıtımı amacıyla tasarlanan poliüretan köpükler kapalı hücre yapısına sahip olduğundan ısı iletkenliği az olan hücre gazları köpük hücrelerinde kalır. Geçmişte R11 (trikloroflorometan) sıklıkla hücre gazı olarak kullanılıyordu. Bu halojenlenmiş hidrokarbonun ozona zarar veren özellikleri nedeniyle, başlangıçta büyük ölçüde karbondioksit ve halen siklopentan ile değiştirildi; köpük hücreleri daha sonra siklopentan (yaklaşık %10 ila 35) ve karbondioksitten oluşan bir karışım içeriyordu.
Poliüretan köpüğün çevreye göre difüzyonunun sızdırmaz şekilde kapsüllenmesi durumunda, başlangıçta karasal koşullar altındaki hücre gazları, difüzyon işlemleri yoluyla yavaş yavaş hava ve su buharı ile değiştirilir, bu da poliüretan köpüğün ısıl iletkenliğini arttırır.
Üretimden sonra hücre gazı olarak karbondioksit içeren poliüretan köpükler yaklaşık 0,029 ila 0,033 W·m−1·K−1 termal iletkenliğe ulaşır.
Hücre gazı olarak siklopentan içeren poliüretan köpükler yaklaşık 0,022 ila 0,027 W·m− termal iletkenliğe ulaşır.
Poliüretan köpükler farklı yoğunluklarda hem sert hem de esnek hale getirilebilmektedir.
PU sert köpük paneller farklı yoğunluklarda vardır. Bazı ürünlerde dolgu maddeleri (cam mikrobalonlar, alüminyum tozu) bulunmaktadır. Kullanım amacı izolasyon malzemelerinin yanı sıra model ve cihaz yapımıdır. Köpük genellikle bu amaç için işlenir.
Geçmişte poliüretan köpükler pentabromodifenil eter ile alev geciktiriciydi. Bu maddenin zehirliliği nedeniyle artık TCPP veya genişletilmiş grafit gibi diğer alev geciktiriciler kullanılmaktadır.
Kaynak kitap
1) Szycher's Handbook of Polyurethanes, İkinci Baskı.
Kaynakça
- ^ Bayer, Otto (1947). "Das Di-Isocyanat-Polyadditionsverfahren (Polyurethane)". Angewandte Chemie. 59 (9). ss. 257-72. Bibcode:1947AngCh..59..257B. doi:10.1002/ange.19470590901.
- ^ [1], I.G. Farbenindustrie A.G.
- ^ a b Seymour, Raymond B.; Kauffman, George B. (1992). "Polyurethanes: A class of modern versatile materials". Journal of Chemical Education. 69 (11). s. 909. Bibcode:1992JChEd..69..909S. doi:10.1021/ed069p909.
- ^ n ≥ 2
- ^ a b Gum, Wilson; Riese, Wolfram; Ulrich, Henri (1992). Reaction Polymers. New York: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-520933-4.
- ^ Harrington, Ron; Hock, Kathy (1991). Flexible Polyurethane Foams. Midland: The Dow Chemical Company.
- ^ a b Oertel, Gunter (1985). Polyurethane Handbook. New York: Macmillen Publishing Co., Inc. ISBN 978-0-02-948920-8.[]
- ^ Ulrich, Henri (1996). Chemistry and Technology of Isocyanates. New York: John Wiley & Sons, Inc. ISBN 978-0-471-96371-4.[]
- ^ Woods, George (1990). The ICI Polyurethanes Book. New York: John Wiley & Sons, Inc. ISBN 978-0-471-92658-0.[]
- ^ Soto, Marc; Sebastián, Rosa María; Marquet, Jordi (2014). "Photochemical Activation of Extremely Weak Nucleophiles: Highly Fluorinated Urethanes and Polyurethanes from Polyfluoro Alcohols". The Journal of Organic Chemistry. 79 (11): 5019-27. doi:10.1021/jo5005789. PMID 24820955.
- ^ Kaushiva, Byran D. (15 Ağustos 1999). Structure-Property Relationships of Flexible Polyurethane Foams (Ph.D.). Virginia Polytechnic Institute. 5 Aralık 2016 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 6 Ekim 2023.
- ^ "Technical data sheet from Dow Chemical". 13 Ekim 2007 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 15 Eylül 2007.
- ^ Randall, David; Lee, Steve (2002). The Polyurethanes Book. New York: Wiley. ISBN 978-0-470-85041-1.
- ^ 0755955, Hager, Stanley L.; James E. Knight & Gregory F. Helma et al., assigned to ARCO Chemical Technology
- ^ Bob Parker. "FEVE Technology for Higher Performance Coating Systems on Bridges" (PDF). Paintsquare.com. 21 Eylül 2021 tarihinde kaynağından arşivlendi (PDF). Erişim tarihi: 5 Mart 2022.
- ^ Khanderay, Jitendra C., and Vikas V. Gite. "Vegetable oil-based polyurethane coatings: recent developments in India." Green Materials 5.3 (2017): 109-122.
- ^ Niemeyer, Timothy; Patel, Munjal; Geiger, Eric (Eylül 2006). A Further Examination of Soy-Based Polyols in Polyurethane Systems. Salt Lake City, UT: Alliance for the Polyurethane Industry Technical Conference.
- ^ "New Twist on Green: 2008 Ford Mustang Seats Will Be Soy-Based Foam". Edmunds inside line. 12 Temmuz 2007. 31 Mayıs 2008 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 15 Haziran 2010.
- ^ Biobased dimer fatty acid containing two pack polyurethane for wood finished coatings, SD Rajput, PP Mahulikar, VV Gite, Progress in Organic Coatings 77 (1), 38-46
- ^ Nohra, Bassam; Candy, Laure; Blanco, Jean-François; Guerin, Celine; Raoul, Yann; Mouloungui, Zephirin (2013). "From Petrochemical Polyurethanes to Biobased Polyhydroxyurethanes" (PDF). Macromolecules. 46 (10). ss. 3771-92. Bibcode:2013MaMol..46.3771N. doi:10.1021/ma400197c. 22 Eylül 2017 tarihinde kaynağından arşivlendi (PDF).
- ^ Blackwell, J.; Nagarajan, M. R.; Hoitink, T. B. (1981). "The Structure of the Hard Segments in MDI/diol/PTMA Polyurethane Elastomers". ACS Symposium Series. Cilt 172. Washington, D.C.: American Chemical Society. ss. 179-196. doi:10.1021/bk-1981-0172.ch014. ISBN 978-0-8412-0664-9. ISSN 0097-6156.
- ^ Blackwell, John; Gardner, Kenncorwin H. (1979). "Structure of the hard segments in polyurethane elastomers". Polymer. Cilt 20. ss. 13-17. doi:10.1016/0032-3861(79)90035-1. ISSN 0032-3861.
- ^ Grillo, D. J.; Housel, T. L. (1992). "Physical Properties of Polyurethanes from Polyesters and Other Polyols". Polyurethanes '92 Conference Proceedings. New Orleans, LA: The Society of the Plastics Industry, Inc.
- ^ Musselman, S. G.; Santosusso, T. M.; Sperling, L. H. (1998). "Structure Versus Performance Properties of Cast Elastomers". Polyurethanes '98 Conference Proceedings. Dallas, TX: The Society of the Plastics Industry, Inc.
- ^ A Guide to Glycols. Midland, Mich.: The Dow Chemical Co., Chemicals and Metals Department. 1992. Brochure 117-00991-92Hyc.
- ^ Avar, G. (Ekim 2008). "Polyurethanes (PU)". Kunststoffe International, 10/2008. ss. 123-7.
- ^ "Market Study: Polyurethanes and Isocyanates". Ceresana. Temmuz 2013. 23 Temmuz 2018 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 10 Mayıs 2024.
- ^ Jakhmola, Swati; Das, Sonalee; Dutta, Kingshuk (31 Ekim 2023). "Emerging research trends in the field of polyurethane and its nanocomposites: Chemistry, Synthesis, Characterization, Application in coatings and Future perspectives". Journal of Coatings Technology and Research (İngilizce). doi:10.1007/s11998-023-00841-z. ISSN 1935-3804.
- ^ "Wie entsteht ein Polyurethan-Bauteil?" (Almanca). 12 Nisan 2020. 1 Aralık 2020 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 24 Kasım 2020.
