Poliüretan Kaplamalar için Doymuş Poliester Polioller
İnşaat sektörü ve günlük hayatta kullandığımız birçok eşyanın yapımında kullanılan poliüretanın ne olduğunu ve endüstride nerelerde kullanıldığını öğrendiğimizde herkes şaşırmaktadır. Hayatımızın hemen her alanında kullanılan poliüretanların tarihçesini ve bugününü öğrenmek merak uyandırıcıdır.
Poliüretanlar, çeşitli uygulamalarda kullanılabilen bir polimer şeklidir. Üretan ile birbirine bağlanmış organik moleküllerden oluşan polimerlerdir. Poliüretan çeşitli şekil ve boyutlarda mevcuttur. Çoğu termosettir. Yüksek sıcaklıklarda erimezler ve katı hallerini korurlar. Termoplastik poliüretanlar belirli bir miktar ısıya maruz kaldıklarında erirler. Hem esnek hem de sert köpükler, filmler ve kaplamalar günlük hayatımızda yaygındır.
Poliüretanlar, poliollerin izosiyanatlarla reaksiyonu sonucu üretilir. İlk bulgular 1937 yılında Bayer ve arkadaşları tarafından verilmiştir [1]. Poliüretan malzemeler sert ve esnek köpükler, elastomerler, yapıştırıcılar, vernikler ve reçineler olarak kullanılır ve çok çeşitli
özelliklere sahiptir. Sert ve esnek köpükler en tipik poliüretan uygulamalarıdır.
İnşaat, nakliye, yatak ve mobilya ve ambalaj sektörlerinde kullanılmaktadır [2]. Poliüretan malzemelerin özellikleri, yapıldığı poliester poliolün monomerlerinin farklı moleküler ağırlıkları ve oranları ile belirlenir. Çok dallı poliol ile oluşturulan poliüretan köpük, kimyasallara ve yüksek sıcaklıklara dayanıklıdır. Daha esnek poliüretan köpükler, daha az
dallanan poliollere sahiptir.
Dikarboksilik asitlerin veya bunların esterlerinin veya anhidritlerinin dietilen glikol ve 1,4-bütandiol gibi monomerik diollerle kondenzasyon polimerizasyonu, doğrusal yapılara sahip polyester polioller üretir. Dallı polyester polioller, gliserol ve 1,1,1-trimetilol propan
gibi triollerin birleştirilmesiyle oluşturulabilir.
Poliol yapılarına göre polyester polioller, alifatik veya aromatik polyester polioller olarak sınıflandırılır. Sırasıyla alifatik ve aromatik polyester poliollerin üretiminde en tipik
olarak kullanılan dikarboksilik asitler/anhidritler, adipik asit ve ftalik anhidrittir. Şekil 1, adipik asit ve 1,4-bütandiol veya ftalik anhidrit ve dietilen glikol tarafından oluşturulan tipik polyester poliolleri göstermektedir.
Aromatik polyester polioller, alifatik polyester poliollerden daha serttir ve aleve dayanıklı sert poliüretan köpükler üretmek için yaygın olarak kullanılır.
Poliüretan üretiminde izosiyanatlar kullanılabilse de, özellikle ticari poliüretan üretiminde poliol-izosiyanat reaksiyonları en popüler olanıdır. Tip monomer reaksiyonları [5], hidroksil ve asil azid gruplarıyla AB tipi monomerlerin kendi kendine yoğunlaşması [6], diüretanlar ve dioller arasındaki trans-üretan reaksiyonları ve üretilen poliüretanlar için AB içeren hidroksil ve metil karbamat grupları dahil olmak üzere çeşitli yollar ima edilmektedir, izosiyanatlar olmadan.
Polimerik polioller, poliüretan omurgaları için yapı taşları görevi gören yüksek moleküler ağırlıklı polimerlerdir. En popüler polimerik polioller, polieter ve polyester poliollerdir. Etilen oksit, propilen oksit gibi alkilen oksit monomerlerinin veya bu iki monomerin kombinasyonlarının, başlatıcı olarak bir multi-hidroksil alkol (örn. Alkoksilasyon işlemi sıklıkla alkali metal hidroksitler [7] gibi baz katalizörleri kullanır.
PU’ların mekanik ve termal özellikleri, onları sınıflandırmak için sıklıkla kullanılır. PU yalıtım levhaları için termal iletkenlik, su ve organik solvent direnci özellikleri ve/veya PU kaplamalar için hava koşullarına dayanıklılık özellikleri gibi belirli son kullanıcılar için ek performans nitelikleri değerlendirilir.
Kaplamalar Poliüretan bileşikleri, ahşabı korumak veya yalıtmak için yaygın olarak son kat ve vernik olarak kullanılır. Bazılarına göre, bu işlem, parke zeminler için tercih
edilen, ancak mobilya veya diğer karmaşık bileşenleri, bitirmek için zor veya uygun olmayan sağlam, aşınmaya dayanıklı ve uzun ömürlü bir kaplama oluşturur.
Poliüretan kaplamalar iki bileşenli, izosiyanat içermeyen reaktif ve tek bileşenli sistemlerde üretilir ve en yaygın olarak ilk ikisi kullanılır [7, 8]. Uygulamadan önce bir poliol ve bir izosiyanat karıştırılır ve daha sonra iki bileşenli solüsyonlarda oda sıcaklığında kürlenir.
Sertleşmeden önce, fırında kürlenmiş iki bileşenli poliüretan kaplamalar yapmak için bir poliol bloke edilmiş bir izosiyanat ile birleştirilir. Isıtıldığında, bloke izosiyanat blokajı çözerek izosiyanat gruplarının poliol ile reaksiyona girmesine izin verir. İzosiyanat olmayan reaktif çözümler, su bazlı poliüretan dispersiyonlar gibi uygulamalarda izosiyanatlarla daha fazla reaksiyon gerektirmez.
Tek bileşenli sistemlerde, düşük izosiyanat içeriğine sahip prepolimerler, nem ile etkileşerek sertleşir. Bunun bir sonucu olarak bazen nemle sertleşen sistemler olarak anılırlar. SEM, DMA ve/veya DSC ve TGA, poliüretan köpüklerin morfolojisini ve termal özelliklerini
karakterize etmek için kullanıldığı gibi, aynı zamanda kaplamalarının morfolojisini ve termal özelliklerini karakterize etmek için de kullanılırlar.
Yapışma, eğilme, sertlik, su ve organik solvent direnci, viskozite ve çekme mukavemeti, kaplama uygulamalarında yaygın, olarak değerlendirilen niteliklerdir. Poliol yapısına
göre polieter ve polyester poliollerden üretilen PU kaplamalar farklı performans gösterir (Tablo 1) [8].
Poliüretan kaplamalar, yüksek kimyasal, solvent ve aşınma direncinin yanı sıra olağanüstü düşük sıcaklık esnekliği ile birlikte sertliği nedeniyle otomotiv, elektronik, ahşap ürünler ve ekipman [9] dahil olmak üzere bir dizi endüstride yaygın olarak kullanılmaktadır.
İzel Kimya, doymuş polyester poliollerin üretiminde biyo-esaslı hammaddelerin kullanımı ve kutu ve bobin kaplamalarında uygulamaları konusunda araştırmalar yapmaktadır.
Referanslar
1. Bayer O, Siefken W, Rinke H, Orthner L, Schild H (1937) A process for the production of polyurethanes and polyureas. German Patent DRP 728981.
2. https://www.marketsandmarkets.com/Market-Reports/polyurethane-foams-market-1251.html.
3. Mahendran AR, Aust N, Wuzella G, Müller U, Kandelbauer A (2012) Bio-based non-isocyanate urethane derived from plant oil. J Polym Environ 20:926–931.
4. Fleischer M, Blattmann H, Mülhaupt R (2013) Glycerol-, pentaerythritol-and trimethylolpropane-based polyurethanes and their cellulose carbonate composites prepared via the non-isocyanate route with catalytic carbon dioxide fixation. Green Chem 15:934–942.
5. Deepa P, Jayakannan M (2008) Solvent-free and nonisocyanate melt transurethane reaction for aliphatic polyurethanes and mechanistic aspects. J polym Sci A Polym Chem 46:2445–2458.
6. Palaskar DV, Boyer A, Cloutet E, Alfos C, Cramail H (2010) Synthesis of biobased polyurethane from oleic and ricinoleic acids as the renewable resources via the AB-type self-condensation approach. Biomacromolecules 11:1202–1211.
7. Szycher M (1999) Szycher’s handbook of polyurethanes. CRC Press, Florida.
8. Randall D, Lee S (2002) The polyurethanes book. John Wiley & Sons Ltd., UK.
9. Coutinho F, Delpech MC, Alves LS (2001) Anionic waterborne polyurethane dispersionsbased on hydroxylterminated polybutadiene and poly (propylene glycol): synthesis and characterization. J Appl Polym Sci 80:566–572.
Dr. Cemil Dizman
Ar-Ge Müdürü
İzel Kimya
M.Sc. Canan Aslan
Uzman Ar-Ge Araştırmacısı
İzel Kimya
