Termoplastik Elastomerler – İkinci Bölüm

Özet

Makalenin ilk bölümü, termoplastik elastomerleri yapıları, özellikleri ve uygulamalarının yanı sıra geleneksel kauçuğun yerine geçme potansiyelleri açısından sunmaktadır. Makalenin ikinci bölümü ise termoplastik elastomer türlerini, özelliklerini ve uygulamalarını incelemektedir.

giriiş

Termoplastik polimerler, düşük yoğunluk, yüksek kimyasal direnç ve ısı direnci gibi benzersiz özelliklere sahiptir ve geleneksel işleme yöntemleri kullanılarak üretilebilirler. Öte yandan, kauçuklar, iyi yırtılma mukavemeti, darbe direnci ve esneklik gibi elastomerik özellikleri nedeniyle birçok uygulamaya sahiptir. Bu iki malzeme birleştirildiğinde, sinerjik bir etki yaratırlar ve iki kategori arasında özellikler sunarlar. Bu malzemeler termoplastik elastomerler (TPE’ler) olarak bilinir. Termoplastik elastomer polimerler, birden fazla fazdan oluşur; bunlar: (1) yarı kristal termoplastik faz ve (2) elastomerik fazdır. Günümüzde, Şekil 1’de gösterilen sınıflandırmaya göre, çeşitli TPE türleri üretilmekte ve ticari olarak kullanılmaktadır.

Şekil 1: Ticari termoplastik elastomer türleri

2. Termoplastik elastomerlerin temel özellikleri

Termoplastik elastomerlerin her zaman üç temel özelliği vardır:
1. Orta derecede esneyebilme ve gerilim ortadan kalktıktan sonra orijinal şekline geri dönebilme özelliği: Bu malzemeler orta derecede esnetilebilir ve gerilim ortadan kalktıktan sonra orijinal şekline yakın bir şekilde geri döner.
2. Yüksek sıcaklıklarda eriyik halde işlenebilme özelliği: Termoplastik elastomerler yüksek sıcaklıklarda eriyik halde işlenebilir.
3. Önemli sünme yok: Bu malzemeler önemli bir sünme göstermez.

3. Termoplastik elastomer üretim süreci

Termoplastik elastomerler çeşitli işlemlerle üretilebilir; bu malzemeler, blok veya aşı kopolimerizasyon yöntemleriyle iki veya daha fazla monomerin kopolimerizasyonu yoluyla üretilir. Blok kopolimerizasyonda, sert ve yumuşak segmentlerden farklı dizilere veya bloklara sahip uzun zincirli moleküller oluşturulur. Aşı kopolimerizasyonunda ise bir polimer zinciri, yan dal olarak diğerine bağlanır.
Bu yöntemler, monomerlerden birinin termal olarak kararlı bir bileşen görevi gören sert veya kristal bir segment oluşturmasına neden olur. Geleneksel termoset kauçuklardaki polimer zincirleri arasındaki kimyasal bağların aksine, bu segment yumuşar ve kayma altında akar. Bu arada, diğer monomer, termoplastik elastomerin kauçuksu özelliklerine katkıda bulunan yumuşak veya amorf bir segment oluşturur. Kullanılan monomerlerin oranının yanı sıra sert ve yumuşak segmentlerin uzunluklarının değiştirilmesi, nihai termoplastik elastomerin özelliklerinin kontrol edilmesini sağlar.
Blok ve aşı kopolimerizasyon yöntemlerine ek olarak, dinamik vulkanizasyon, mekanik karıştırma, esterifikasyon, polikondensasyon, transesterifikasyon vb. yöntemler de termoplastik elastomerlerin sentezlenmesinde kullanılan diğer yöntemlerdir.

Şekil 2: Termoplastik elastomerlerin kimyasal morfolojisi

4. Termoplastik elastomer işleme

Termoplastik elastomerler genellikle granül formunda üretilir ve nihayetinde işlenir. Termoplastik elastomerler, poliolefinler ve bazı mühendislik plastikleriyle birlikte enjeksiyon ve ekstrüzyon yöntemleriyle işlenebilir ve mühendislik poliamid polimerleriyle mükemmel yapışma özelliği gösterirler.

Şekil 3: Termoplastik elastomer işleme ekipmanı

5. Termoplastik elastomerlerin sınıflandırılması

Bu bölümde termoplastik elastomerlerin altı ticari kategorisi açıklanmaktadır:
1.5. Termoplastik stiren blok kopolimerleri (TPS, TPE-S)
Termoplastik stiren blok kopolimer elastomerler olarak da bilinen TPE-S malzemeleri, SBS veya SEBS’den türetilir. SBS, sert ve yumuşak segmentlere sahip blok kopolimerlere dayanır. Stiren uç blokları termoplastik özellikleri, bütadien orta blokları ise SBS’nin elastomerik özelliklerini sağlar. Muhtemelen en yaygın kullanılan termoplastik elastomerler TPS’lerdir ve genellikle kimyasal ve yaşlanma direncinin önemli olmadığı ayakkabı, yapıştırıcı ve sızdırmazlık malzemelerinin üretiminde kullanılırlar.
SBS hidrojenlendiğinde, bütadien bileşenindeki C=C bağlarının kopmasıyla orta blokta etilen ve bütilen oluştuğu için SEBS’ye dönüşür. SEBS, geliştirilmiş ısı direnci, mekanik özellikler ve kimyasal direnç ile karakterize edilir.
< 0 >Şekil 4: TPS yapısının şematik gösterimi
TPE-S Özellikleri

  • Elektrik yalıtımı
  • Geniş sertlik aralığı
  • Yüksek aşınma direnci
  • Renksiz ve yarı saydam
  • Ozon ve UV ışınlarına dayanıklı

2.5. Poliolefin Termoplastikler (TPE-O, TPO)

Termoplastik poliolefin elastomerler (TPO), polipropilen veya polietilenin EPDM, EPR, EO veya EB gibi elastomerlerle birleştirilmesiyle üretilen bir termoplastik elastomer türüdür. Bu elastomerler genellikle çapraz bağlanmamıştır ve bileşenleri mekanik olarak karıştırılır. TPO malzemeleri, daha düşük elastomerik özelliklere ve genellikle 80 Shore A civarında nispeten yüksek bir sertliğe sahip olmalarına rağmen, mükemmel termal ve kimyasal dirençleriyle bilinirler. TPO, tek başına polipropilenin yeterli mukavemete sahip olmadığı durumlarda kullanılır. TPO, enjeksiyon kalıplama, ekstrüzyon ve şişirme kalıplama gibi çeşitli yöntemlerle işlenebilir. TPO, otomobil gösterge panellerinin üretiminde kullanılır.

TPO Özellikleri

  • Aleve dayanıklı
  • Güçlü çevresel faktörlere karşı direnç
  • Yüksek kimyasal direnç
  • Polipropilen kopolimerlerinden daha dayanıklıdır.

3.5. Termoplastik Vulkanize Elastomer (TPE-V, TPV)

Bu bileşikler de TPO malzemelerine benzer şekilde PP ve EPDM kauçuktan oluşur, ancak bileşim aşamasında dinamik olarak vulkanize edilirler. Bu malzemeler, 120 °C’ye kadar ısı direnci gerektiren uygulamalarda kullanılır. Bu malzemelerin sertlik değerleri genellikle 45A Shore ile 45D Shore arasında değişir. TPV’ler ayrıca ısı ve yağ dirençleri nedeniyle otomobillerin motor kaputunun altında kullanım için de uygundur.

TPV Özellikleri

  • 120°C’ye kadar sıcaklıklara dayanıklılık
  • Düşük sıkıştırma ayarı.
  • 45A ile 45D arasında değişen sertlik derecesine sahip olup kimyasallara ve hava koşullarına karşı dayanıklıdır.

4.5. Termoplastik poliüretan (TPE-U, TPU)

Termoplastik poliüretan (TPU), diizosiyanatın poliollerle reaksiyonu sonucu oluşur. TPU’nun özellikleri, poliol ve diizosiyanat bileşiminin değiştirilmesiyle kolayca ayarlanabilir. TPU genellikle enjeksiyon kalıplama, ekstrüzyon ve şişirme kalıplama yöntemleriyle işlenir. Bu malzeme, otomobil iç döşemesi, gemi gövdesi koruması vb. alanlarda kullanılır.

Şekil 5: TPU yapısının şematik gösterimi

TPU Özellikleri

  • Mükemmel aşınma direnci
  • İyi çekme dayanımı
  • Önemli elastik uzama aralığı
  • Mükemmel yırtılma direnci

5.5. Termoplastik Elastomer Kopolyester (TPC, TPEE)
Termoplastik polyester elastomer (TPEE), termoset kauçuğun birçok özelliğine ve mühendislik plastiklerinin mukavemetine sahip, yüksek sıcaklık performansı yüksek bir malzemedir. Sert bir polyester segmenti ve yumuşak bir polieter segmentinden oluşan bir blok kopolimerdir. TPEE birçok üstün özelliğe sahiptir ve elektrik, elektronik ve otomotiv endüstrilerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. TPEE ayrıca tıp alanında da yaygın olarak kullanılmaktadır.
< 0 >Şekil 6: Termoplastik elastomer kopolyester uygulamalarının gösterimi
TPEE Özellikleri

  • 165°C’ye kadar yüksek sıcaklıklarda olağanüstü uzun süreli dayanıklılık.
  • İyi aşınma direnci
  • Yüksek darbe dayanımı
  • Mükemmel esneklik
  • İyi kimyasal ve termal direnç

6.5. Termoplastik Elastomer Poliamid (TPA, TPE-A)
Termoplastik poliamid elastomerler (TPA), poliamidler ve eter bileşikleri veya poliamidler ve ester bileşikleri bazlı blok kopolimerlerdir. Polimer zincirinde, poliamid (örneğin PA6) sert fazı, eter veya ester bileşikleri ise elastik özellikler için yumuşak fazları temsil eder. Polikarbonat-esteramid (PCEA), polyester-esteramid (PEA) ve polieter-esteramid (PEEA) dahil olmak üzere farklı poliamid türleri kullanılabilir. Kullanılan poliamid türü, TPA’nın özelliklerini önemli ölçüde etkiler. Bu malzemeler genellikle havacılık ve uzay endüstrisinde kullanılır.
< 0 >Şekil 7: TPA yapısının şematik gösterimi
TPE-A Özellikleri

  • 170°C’ye kadar yüksek sıcaklıklara dayanıklılık
  • Çoğu çözücüye karşı yüksek direnç
  • Yüksek darbe dayanımı
  • Soğuk havalarda bile esnek
  • Yüksek aşınma direnci

6. Termoplastik elastomer özelliklerinin karşılaştırılması

Aşağıdaki tablo, yukarıda bahsedilen ticari termoplastik elastomer türlerinin karşılaştırmasını sunmaktadır:

Tablo 1: Ticari termoplastik elastomerlerin karşılaştırılması

Çözüm

Termoplastik elastomerler birçok arzu edilen özelliğe sahiptir ve çeşitli endüstrilerde geniş bir uygulama yelpazesi için uygundur. Bu malzemeler işlenmesi ve renklendirilmesi kolaydır, ayrıca yüksek güvenlik ve esnekliğe sahiptir. Bu nedenle, tıbbi cihazlar da dahil olmak üzere birçok uygulamada, ayrıca tüketim malları üretiminde, otomotiv ve havacılık endüstrilerinde giderek daha fazla kullanılmaktadır. Ek olarak, bu malzemeler geri dönüştürülebilir ve yeniden işlenebilir oldukları için diğer plastiklere göre çok daha iyi bir seçenektir.

Kaynaklar:

Spontak, R. J., & Patel, N. P. (2000). Thermoplastic elastomers: fundamentals and applications. Current opinion in colloid & interface science, 5(5-6), 333-340.

Holden, G. (2024). Thermoplastic elastomers. In Applied Plastics Engineering Handbook (Sun, M., Xiao, Y., Liu, K., Yang, X., Liu, P., Jie, S., … & Wang, W. J.

(2023). Synthesis and characterization of polyolefin thermoplastic elastomers: A review. The Canadian Journal of Chemical Engineering, 101(9), 4886-4906. pp. 97-113). William Andrew Publishing.

https://polimerteknik.com/polimer/thermoplastic-elastomers

https://omnexus.specialchem.com/selection-guide/thermoplastic-elastomer

İçerik derleyicisi: Maedeh Pir Gharib Nawaz

Bilimsel Editör: