Termoset polimerler en basit tanımıyla, kritik bir sıcaklığın üzerinde kalıcı olarak sertleşen ve tekrar ısıtıldığında yumuşamayan polimerlerdir. Termoset kelimesinin kökenine baktığımızda, bu polimerler termoset adını, ısıl işlem altında kalıplandıkları (polimerize oldukları) için (termo) ve verilen şekil bir daha bozulamayacağı için (set), almışlardır.
Termoset reçinesini çapraz-bağlantı ajanıyla (cross-linking agent ya da sertleştirici olarak bilinen hardener ile) karıştırdığımız zaman başlayan polimerizasyon reaksiyonu sırasında moleküller arasında sık kovalent çapraz bağlar kurulur. Bu çapraz bağların yarattığı molekül ağı (network) başta eriyebilen ve çözünebilen bir madde olan reçineyi, polimerizasyon sonunda erimeyen ve çözünmeyen bir polimer haline getirir. Bu maddeler boyutsal bir kararlılığa sahiptir ve darbe dirençleri yüksektir.
Şimdiden belirtmek gerekir ki, termoset polimerlerin termoplastiklerden farkı, bir kere şekillendikten sonra bir daha eritilip yeniden kalıplanamamalarıdır. Termoplastikler ise ısıtıldıkları zaman eriyebilir/yumuşayabilir ve tekrar tekrar şekillendirilebilirler (tabii ki polimer bozunmaya başlayana kadar).
Termoset polimerleri oluşturmak için ısı ve/ve ya basınca ihtiyaç duyulabildiği gibi tamamen ısıl işlem uygulanmadan ya da basınç uygulanmadan da reaksiyonu gerçekleştirmek mümkündür. Oda sıcaklığında reaksiyona giren termoset reçineler ve sertleştiriciler mevcuddur (ör. Diglisid eter bisfenol-A ve etilen diamin karışımı gibi). Bunun yanında vulkanize olmuş kauçuğu yaratırken kurulacak kovalent çapraz-bağları için ise ısı gereklidir. (Bazı polimer sınıflandırmalarında kauçukları elastomerler adı altında incelemek daha doğru kabul edildiği için biz de kauçukları elastomerler başlığı altında bahsedeceğiz. Şimdilik termoset plastikleri incelemeye devam edeceğiz.)
Günümüz piyasalarındaki önemli termoset reçinelerden, fenolik reçineler, ürenin ve melaminin formaldehidle yaptığı yoğunlaşma reaksiyonu sonucu oluşan termosetler en başta gelir. Öteki termoset reçineler ise epoksiler, doymamış polyesterler, üretan köpükler, ve yüzey kaplamada kullanılar alkidlerdir.
Termosetler genellikle sert (rijit) malzemelerdir çünkü kovalent bağların kurduğu çapraz-bağlar polimer zincirinin hareketini büyük ölçüde kısıtlar. Termosetin çapraz-bağ derecesi arttıkça molekül hareketleri daha fazla kısıtlandığı için sertlik ve yüksek darbe direnci gibi özellikleri ön plana çıkar. Buna ek olarak, kuvvetli kovalent çapraz bağlar sayesinde sahip oldukları boyutsal kararlılık, yeni polimer sisteminin ısıl dengeye sahip olmasını, erimemesini, yüksek ısılara dayanıklı olmasını ve hiçbir solventle çözünememesini getirir. Eğer termoset polimerin üzerine solvent dökülürse, polimeri oluşturan molekül ağ bu solventi emer ve malzeme şişmeye başlar (swelling).
Termoset polimerlerin üretimi sırasında çapraz-bağ kurulumuna çok dikkat edilmesi gerekir. Sadece jelleşme noktasının öncesine değil, jelleşme olduktan sonra devam eden çapraz-bağ oluşumu da üretim aşamasında önemli yer tutar. Jelleşme noktasının aşılmasından sonraki reaksiyon kısmı, genel olarak çapraz-bağların polimeri sertleştirdiği dönem (kürleme (curing) dönemi) olarak adlandırılır. Sertleşme dönemine bu noktadan sonra kürleme adı vererek devam edeceğiz. Kürlemenin çok hızlı ya da çok yavaş olmasının üretilen malzemenin son kullanım özelliklerine zarar verici etkeni vardır. Mesela, köpüksü bir termoset ürününü üretirken uygulanacak çok yavaş bir kürleme aşaması, köpüksü yapının göçmesine sebebiyet verebilir. Bunun yanında, fiberle güçlendirilmiş kompozit yapıları, ya da laminat malzeme yapılarını üretirken uygulanacak hızlı bir kürleme aşaması ise, fiber ile polimerin kısmın ya da laminat katmanlarının birbirine iyi bağlanmamasına sebebiyet verebilir.
Termoset polimerlerin üretimi üretici ve ürün sağlayıcı açısından bakıldığında da farklıdır. Termosetler polimerize olmuş şekilde üreticiye verilemez; bunun yerine tamamen polimerize olmamış bir şekilde önpolimer (prepolymer) olarak hazırlanır ve parçayı imal edecek imalatçı polimerizasyon reaksiyonunu kalıplama aşamasında tamamlar. Önpolimerlerin molekül ağırlıkları 500-5000g/mol arası değişebilir, ve sıvı ya da katı olarak imalatçıya sunulabilir. Ayrıca, termoset polimerler kalıptan çıkarabilmek için polimerin şekilleneceği kalıplar mafsallı olmalıdır.
Termoset polimerlerin sınıflandırması jelleşme noktasına (рj) bağlı olarak ilerleyen reaksiyon noktasına (p)bakılarak yapılır ve genel olarak A-, B-, ve C-evresi polimerleri olarak sınıflandırılırlar. A-evresi termosetler jelleşme noktasına erişmemiş polimerlerdir (p < рj). B-evresi termosetler jelleşme noktasına yakın polimerlerdir (p = рj) ve C-evresi termosetler ise jelleşme noktasının üzerinde bir polimerizasyon aşamasında olan (p > рj) polimerlere verilen sınıf adıdır. A-evresi termoset eriyebilir ve çözünebilir. B-evresi termoset hala eriyebilirken (daha doğrusu, zamksı halini korurken) çözünürlüğü oldukça düşüktür. C-evresi termoset ise yüksek çapraz-bağlanmaya sahip olduğu için hem eritilemez hem de çözünemez. Önpolimer olarak imalatçıya sunulan termoset genellikle B-evresi, kısmen de A-evresi termosettir. Bu evredeki termosetlerin ısıtılarak polimerizasyon reaksiyonuna devam etmeleri sağlanır.
Termosetler, kimyasal reaksiyonun ilerleyişine göre genel olarak iki ana gruba ayrılır. Eski usul termosetler, bifonksiyonel monomerlerle ikiden fazla fonksiyonelliğe sahip monomerlerin reaksiyonu sonucu oluşurlar. Polimerizasyonun her aşamasında aynı tip reaksiyon görülür. Yeni nesil termosetler ise özel kimyasal yapıya sahip önpolimerlerin reaksiyona girmesiyle üretilirler. Önpolimeri oluşturan reaksiyon ile önpolimeri termosetleştiren ikinci aşama reaksiyonu farklıdır. Yeni nesil termosetlerde de gene bifonksiyonel monomerler kullanılabilirken, karışımdaki öteki tepken maddelerin fonksiyonel grupları başka reaksiyonlara da girme yetisine sahip olabilirler. Yeni nesil termosetlerin reaksiyon aşamalarını, ve daha da önemlisi, son ürünün kimyasal yapısını kontrol etmek daha kolaydır. Bu sebeple endüstride ki değerleri her geçen gün artmaktadır.
Kaynak: www.polimernedir.com/kutuphane/termoset-polimer/
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder