tr en
SterilTR
Endüstriyel Teknolojiler
SterilTR Ar-Ge Limited

Polimer Fiziksel Çapraz Bağlama

Plastik ve köpük dünyasında polimerler, birim moleküler zincirleri tekrarlı bir şekilde bağlanarak malzeme oluştururlar. Çapraz bağlanmış olarak bilinen bağlarla elde edilen malzemenin mukavemeti artırılmakta, esnekliği, darbeye karşı dayanıklılığı veya basınç uygulandıktan sonra kendi şekline geri dönme yeteneğiyle malzemenin gücü ispatlanmaktadır.

Özünde, bir malzemenin mukavemeti moleküler düzeyde bağ enerjilerine göre değişir. Plastik ve köpük dünyasında polimerler, birim moleküler zincirleri tekrarlı bir şekilde bağlanarak malzeme oluştururlar. Çapraz bağlanmış olarak bilinen bağlarla elde edilen malzemenin mukavemeti artırılmakta, esnekliği, darbeye karşı dayanıklılığı veya basınç uygulandıktan sonra kendi şekline geri dönme yeteneğiyle malzemenin gücü ispatlanmaktadır.


Polimer köpükler fiziksel ve kimyasal çapraz bağlama olarak iki şekilde çapraz bağlanırlar.


Kimyasal çapraz bağlama moleküler yapıyı değiştirmek için malzemeye dışarıdan ısı, basınç ve katalizör olarak kimyasal katkılar uygulanır ve bu dış etkenler tarafından çapraz başlama kimyasal olarak başlatılır. Bu dış zorlama ile normalde birbirine bağlanması mümkün olmayan moleküler bağların birbirine bağlanarak malzemenin mukavemetinin artırılmasına neden olabilir. Kimyasal çapraz bağlanmış bağlarla çok güçlü maddeler oluşturulur ve bu bağı kırmak son derece zordur.
Fiziksel çapraz bağlama ise daha zayıf bağları ile kimyasal olarak zorlanmış çapraz bağlamaya göre daha hızlı, kolay ve çevreci bir şekilde yapıldığı için daha geniş ve daha özel uygulamalar için çok daha kullanışlıdır.  Çapraz bağlama gerçekleştirmek için herhangi bir bileşik veya dışarıdan malzemeye eklenen diğer dış etkenlere gerek duyulmadan elde edilen fiziksel çapraz bağlanmış ürünler doğada daha tutarlıdır. Bu durum toplu olarak düzensizliklerin ve uygunsuzlukların önüne geçerek daha çevreci ve sağlığa zararsız üretim yapmaya olanak tanır. Fiziksel çapraz bağlanmış ürünler tamamen çevre dostudur çünkü bağlarının daha kolay kırılabilir olması nedeniyle yeniden kullanım ve geri dönüşüm için daha iyi bir potansiyele sahiptir.
Çeşitli özelliklere sahip olmaları nedenleriyle, kimyasal ve fiziksel çapraz bağlanmış ürünler farklı uygulamalar için idealdir.

Moleküler bağları uyum içinde ve ince hücreli yapılarıyla çapraz bağlanmış köpükler ile uzun ömürlü ve dayanıklı malzeme üretimi mümkündür. Kimyasal çapraz bağlanmış malzemeler fiziksel olarak çapraz-bağlanmış köpüklere göre daha pürüzlü bir dış yüzeye sahiptir. Ayrıca kimyasal çapraz bağlanmış ürünler görsel olarak insan estetiğine hitap ederken çoğu zaman sağlığa çok zararlı kimyasalları da içerisinde barındırırlar.  Fiziksel çapraz bağlanmış malzemeler genellikle pürüzsüz bir yüzeye sahiptir ve temiz, esnek köpük gerektiren uygulamalar için çok ince köpük levhalar halinde kesilerek kullanılabilirler. Bağlarını kırılması ve yeniden yapılandırılması zor olmadığı için fiziksel çapraz bağlı malzemelerin geri dönüşümü daha kolaydır.

Her iki türde çapraz bağlanmış polimerlerle çok verimli malzemeler üretebilirsiniz. Ancak endüstriyel e-demet hızlandırıcılar yardımıyla çok daha verimli ve yüksek miktarda malzemeyi çok kısa süre içinde çevreye zarar vermeden üretebilirsiniz. Düşük ısı iletim kapasitesi ve iyi yalıtım kapasiteleri ile çapraz bağlı polimerler, oyuncak, inşaat, otomobil iç yalıtım, spor malzemeleri, bebek eşyaları, ambalaj, otomobil lastiği, performans kabloları gibi birçok endüstride yaygın olarak kullanılmaktadır. Çapraz bağlı ince plastikler hassas malzemelerin paketlenmesi ve depolanması için mükemmel darbe emici ürünler olarak son zamanlarda göze çarpıyor.

Çapraz-bağlanmış Polietilen Protez

(PolimerNedir.com)

Aşınmaya karşı dayanımı çok yüksek olan çapraz-bağlı polietilen, eklem ve kemik değişimine ihtiyaç duyan hastalarda eklem ya da kalça protezi olarak kullanılabilecek bir malzeme olarak geliştirildi.

Amerika’daki Massachusetts General Hospital (MGH) isimli hastanede geliştirilen çapraz-bağlı polietilen biyo-mesnet malzemenin, vücuttaki herhangi bir eklem ya da implant tasarımı için kullanılabileceği öngörülüyor. Yeni geliştirilen malzemenin daha önceleri kullanılan sentetik implantların yarattığı komplikasyonları büyük ölçüde azaltacağı belirtiliyor.

Polietilen içeren eklem protezi malzemelerin aşınmaya dayanımının yüksek olması için çapraz-bağlı ağ yapı genellikle ionize ışınlama yöntemiyle elde ediliyor. Ancak, kullanılan ışınlama metodunun yarattığı artık serbest radikaller polietilen ağın bozunmasına ve kırılgan bir yapıya dönüşmesine sebep oluyor. Şimdiye kadar denenen ısıtma işlemi ise, oluşan radikallerin sayısını azaltırken polietilenin yapısındaki  kristal yapı oranını ve mukavemetini azaltıyor.

MGH ve Cambridge Polymer Group firmasındaki araştırmacıların ortak geliştirdiği 2 farklı üretim metodu kararlı ve mukavim çapraz-bağlı polietilen sentezini mümkün kılıyor. Birinci metodda, polietilen zincirleri ışımaya maruz bırakılmadan önce asetilen, kloro-trifloro etilen, ve triklorofloroetilen gazlarından oluşan hassaslaştırıcı bir gaz karışımı polietilene emdiriliyor. Gaz emilimini takiben uygulanan ışınlama adımıyla çapraz-bağlı polietilen elde ediliyor. İkinci metodda ise, ışınlama işlemini takiben uygulanan mekanik baskı ya da ultrasonik titreşim gibi soğuk işleme basamakları sonunda kararlı çapraz-bağlı polietilen üretiliyor. Hem gaz emilimi hem de soğuk işleme metodlarının sonunda serbest radikal oluşumu daha az gözlemleniyor.

Yeni metod sonucu elde edilen yüksek mukavemete sahip çapraz-bağlı polietilen, atık serbest radikallerden hemen hemen kurtulmuş yeni yapısıyla eski eşleniklerine göre daha biyo-uyumlu bir malzeme olduğu gibi, uzun süreli kullanımı sayesinde hastaların daha rahat etmesini de sağlıyor.

Çapraz-bağlı polietilen hakkında kısaca:

Doğrusal polietilen uzun bir hidrokarbon zincirinden oluşur. Doğrusal bir polimer olduğu için zincirler birbirine bağlı değildir ancak uzun zincirlerin birbirlerine ve kendi içlerine dolanması sayesinden belirli ölçüde etkileşim elde edilir.  Bu zincir dolanması (entanglement) etkileşimi polietilene mukavemetini veren en önemli parametredir. Kristal yapıya sahip alanlarda ise moleküller arası (güçsüz) kuvvetler bulunur. Bu basit doğrusal polimer, oldukça iyi gerilme ve darbe dayanımına sahip olan tok ve esnek bir malzeme verir. Ancak, yüksek sıcaklıklara çıkarılan polietilenin kristal yapısı erimeye, moleküller arası etkileşimler güçsüzleşmeye ve yumuşak bir malzeme elde edilmeye başlanır.

Çapraz-bağlı polietileni plastik endüstrisine kazandıran sebep doğrusal polietilenin yüksek sıcaklıklardaki dayanımının düşük olması ve ısıtıldığı zaman yumuşayan polietilen reçinenin mekanik dayanımını kaybetmesidir. Polietilen zincirleri arasında çapraz-bağlar kurularak elastomer davranışı gösteren polietilen molekül ağı elde edilir. Genel olarak 3 ana sentez metodu bulunmaktadır: Engels-Azo kimyasal çapraz-bağlama, Silan kimyasal çapraz-bağlama (Sioplas Prosesi) ve ışınlama ile çapraz-bağlama. Çapraz-bağlanmış polietilenin en önemli faydaları ve gelişmiş fiziksel özellikleri ısı dayanımı, yüksek sıcaklıklarda basınç dayanımı, çevresel gerilme çatlağı (environmental stress cracking), kimyasal dayanımı, oksidasyon dayanımı, düşük sıcaklık mukavemeti, yüksek sıcaklıklarda uzun süreli mukavemeti, gaz nüfuzu dayanımı ve yüksek yalıtımıdır. Bütün bu gelişmiş fiziksel özellikleri sayesinde yüksek performans mühendislik malzemesi olarak kullanılır. Yüksek gerilim hattı kablolarında, su taşıma ve atık boru sistemlerinde bakır ve çeliğin yerini almıştır.

Kaynak: U.S. Patent 7,569,620 (Ağustos, 2009)

 

 

Hakkımızda

Ülkemizdeki gelişen sanayinin ihtiyaçlarına en son teknolojiyle cevap vererek verimli, ekonomik ve çevre dostu alternatifler sunmak ve ürün kalitesinden hiçbir zaman ödün vermemek kalite politikamızdır...

Devamı

Referanslar

Başarıyla tamamladığı birçok projede kattığı yenilikler ve yaratıcı fikirlerle hep sizlerin takdirini kazanmış olan firmamızın referanslarından bazılarına…Devamı

Haberler

Başarıyla tamamladığı birçok projede kattığı yenilikler ve yaratıcı fikirlerle hep sizlerin takdirini kazanmış olan firmamızın referanslarından bazılarına...

Devamı