Çapraz bağlı polietilen (PEX)
Özet
Çapraz bağlı polietilen (PEX), çeşitli endüstrilerde çok yönlü ve son derece verimli bir polimer olarak ortaya çıkmış ve popülaritesine katkıda bulunan olağanüstü özellikler sergilemiştir. İnşaat sektöründe PEX boruları, esneklik, dayanıklılık ve çatlamaya karşı direnç gibi özelliklerin yanı sıra kolay kurulum imkanı da sunmaktadır. Bu rapor, PEX’in üretim süreci ve özelliklerine genel bir bakış sunmaktadır.
Anahtar kelimeler: PEX, çapraz bağlı polietilen, boru, PEX’in faydaları
giriiş
Polietilen veya polietilen (IUPAC adı polietilen veya poli(metilen)), en yaygın üretilen plastiktir. Bu polimer öncelikle ambalajlamada (plastik poşetler, plastik filmler, jeomembranlar ve şişeler dahil kaplar vb.) kullanılır. Polietilen, toplam plastik pazarının %70’inden fazlasını oluşturur, kolayca bulunur, nispeten düşük maliyetlidir ve 150-250°C sıcaklıklarda kolayca işlenebilir.
Bu polimer ev eşyalarında, ambalajlarda, yalıtımda ve ilaçlarda kullanılır. Çoğu polietilen bileşiği büyük miktarda dolgu maddesi içerir. Polimer termoplastiktir ve bu nedenle birçok kez işlenebilir. Bununla birlikte, polietilen yüksek sıcaklıklarda yumuşar ve akışkan hale gelir ve hayati fiziksel özelliklerini kaybeder, bu da uygulamalarını sınırlar. Polietilende çapraz bağlama, yüksek sıcaklıklarda istenen özelliklerini korumaya yardımcı olur, polietilenin doğasını termoplastikten termosette dönüştürür ve böylece daha kararlı bir polimer matrisi oluşturur.
Lineer düşük yoğunluklu polietilen (LLDPE), düşük yoğunluklu polietilen (LDPE), yüksek yoğunluklu polietilen (HDPE) ve etilen vinil asetat kopolimeri (EVA) ve poliolefin elastomer (POE) gibi polietilen türleri çapraz bağlanma özelliğine sahiptir. Polietilen zincirlerinin çeşitli yapıları arasında, dallı yapılar çapraz bağlanma için daha uygundur; bu nedenle LLDPE ve HDPE’de çapraz bağlanma daha fazla dikkat gerektirir.
Çapraz bağlama, polimer zincirlerinin 3 boyutlu yapılar oluşturacak şekilde birbirine bağlandığı, çözünmeyen ve erimeyen bir polimer yaratır. Polietilenin çapraz bağlanması ayrıca, çekme mukavemetini veya yoğunluğunu etkilemeden darbe dayanımını, ESCR’yi ve sürünme ve aşınma direncini önemli ölçüde artıran, kopma uzamasını ve erime akış indeksini azaltan yoğun, yüksek moleküler ağırlıklı bir ağ oluşturur. Şekil 1, çapraz bağlamadan önce ve sonra polietilen zincirlerinin bir resmini göstermektedir.
PEX sentez yöntemleri
Polietilenin çapraz bağlanması işlemi iki şekilde gerçekleştirilir: fiziksel ve kimyasal olarak.
1-Fiziksel yöntem: (PEX-c)
Bu yöntemde, yüksek enerjili radyasyonla üretilen serbest radikaller kullanılarak çapraz bağlar oluşturulur. Bu süreç Şekil 2’de şematik olarak gösterilmiştir:
Polietilenin çapraz bağlarının oluşturulmasında radyasyon yönteminin kullanımının avantajları
1- Çapraz bağlama reaksiyonu oda sıcaklığında gerçekleşir.
2- Reaksiyon hızla tamamlanır ve yüksek verim sağlar.
3- Reaksiyon herhangi bir katkı maddesi olmadan gerçekleştirilebilir.
4-Çapraz bağlantı oluşturma işlemi yalnızca tek adımda yapılır.
Polietilenin çapraz bağlarının oluşturulmasında radyasyon yönteminin dezavantajları
1-Yüksek maliyet.
2- Düzensiz ve karmaşık şekillere sahip malzemelerde çapraz bağlar oluşturmak zordur.
3. Operatörleri radyasyondan korumak için güvenlik önlemleri gereklidir.
2-Kimyasal yöntem:
Kimyasal çapraz bağlama, kimyasallar veya başlatıcılar kullanılarak serbest radikallerin oluşturulduğu ve bunun sonucunda polimerde çapraz bağların oluştuğu bir yöntemdir. Bu yöntemde çapraz bağlama, doğrudan karbon-karbon bağları yoluyla veya farklı polietilen moleküllerini birbirine bağlayan kimyasal köprüler yoluyla gerçekleşir.
Kimyasal çapraz bağlar oluşturmanın iki ana yöntemi şunlardır:
1-Peroksit bazlı (PEX-a)
2-Silan bazlı (nem kullanılarak) (PEX-b)
Termoplastik reçinelerdeki çapraz bağlanma derecesi, çapraz bağlanma işlemine bağlı olarak değişir. Peroksit çapraz bağlanma yöntemi, fiziksel yönteme kıyasla en yüksek ve en homojen çapraz bağlanma derecesini üretir. Radyasyon yönteminde çapraz bağlanma derecesi %34-75 iken, peroksit kullanılan kimyasal yöntemde bu değer %90’ın üzerine çıkar ve silan kullanılan kimyasal yöntemde çapraz bağlanma derecesi %45-70 arasındadır.
Peroksit bazlı kimyasal çapraz bağlama: (PEX-a)
Bu yöntemde, başlatıcı olarak organik peroksit kullanılır. Polietilen ve peroksitin birleşimi, peroksitin bozunma sıcaklığının altında bir sıcaklıkta gerçekleştirilmelidir. Çapraz bağlama, yüksek sıcaklık ve basınçta, sonraki aşama ekipmanlarında gerçekleştirilir. Peroksitin bozunma sıcaklığının üzerindeki sıcaklıklar, başlatıcıyı bozarak serbest radikal oluşumuna neden olur; bu serbest radikal, polimer zincirinden bir hidrojen atomunu uzaklaştırarak aktif bir radikal haline gelir ve aynı veya farklı zincirden başka bir aktif radikalle çapraz bağ oluşturur. Bu reaksiyon, tüm peroksit tüketilene veya sıcaklık bozunma noktasının altına düşene kadar devam eder. Bu reaksiyonun şematik gösterimi Şekil 3’te verilmiştir.
Peroksit yönteminin avantajları
1-Mükemmel termal kararlılık
2- Karıştırma kolaylığı
3-Yüksek dayanıklılık
Peroksit yönteminin dezavantajları
1-Yüksek maliyet
2- Oksijen varlığında yüzey yapışması
Silan ile kimyasal çapraz bağlama: (PEX-b)
Bu yöntemde, silan molekülleri polietilen zincirine aşılanır. Bu molekülleri aşılamak için, önce dikumil peroksit gibi az miktarda peroksit polietilen ile karıştırılır. Peroksit başlangıçta polietilen zincirinde serbest radikaller üretir ve silan, serbest radikal üretim bölgesinde polietilen ile bağlanır ve sonuç olarak ekstrüde veya enjeksiyon kalıplama yöntemiyle üretilen ürünler su buharı varlığında çapraz bağlanır. Silan çapraz bağlama işlemi Şekil 4’te şematik olarak gösterilmiştir:
Silan çapraz bağlantıları oluşturma yönteminin avantajları:
1- Çapraz bağlama işlemi oda sıcaklığında gerçekleştirilir.
2- Önceki yönteme göre nispeten daha düşük maliyetlidir.
3- Fiziksel yönteme göre daha yüksek jel yüzdesi
Çapraz akış bağlantıları oluşturma yönteminin dezavantajları:
1- Kürlenme süresi peroksit yöntemine göre daha uzundur.
2- Ek aşağı akış ekipmanına ihtiyaç duyulmaktadır.
3- Çapraz bağların dayanıklılığı, peroksit yöntemine göre daha düşüktür.
Çapraz bağlı polietilenin en yaygın kullanım alanı elektrik kablosu sektörüdür. Çapraz bağlama, polietilenin dielektrik özelliklerini etkilemezken, yumuşama noktasının üzerindeki sıcaklıklarda akışa ve kalıcı deformasyona karşı direnç oluşturur. Çapraz bağlı polietilen ayrıca sıcak ve soğuk su borularında da yaygın olarak kullanılmaktadır. Bakır boruların yerini alan çapraz bağlı polietilen (PEX) plastik su borularının kullanımı, inşaat sektöründe giderek artmaktadır. Ayrıca, PEX boruları yeraltı su hatlarında, evsel su temin hatlarında ve yerden ısıtma sistemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır.
Su tesisat sistemlerinde PEX borularının bakır borulara göre avantajları şunlardır:
1- Esneklik
2-Daha az basınç düşüşü
3- Daha düşük malzeme maliyetleri
4- Daha kolay kurulum
5- Kurulum sırasında yangın riski yoktur.
6- PEX’i mevcut bakır ve PVC sistemleriyle entegre edebilme özelliği
7- Donma nedeniyle patlama olasılığı daha düşük
8- Boru izolasyonu olasılığı
Su tesisat sistemlerinde PEX kullanımında karşılaşılan sorunlar:
1- Güneş ışığı nedeniyle tahrip olma olasılığı.
2- Olası sağlık etkileri.
3- Böcekler tarafından delinme olasılığı.
Çözüm
Sonuç olarak, PEX (Çapraz Bağlı Polietilen), olağanüstü özellikleri ve geniş uygulama yelpazesiyle tesisat ve ısıtma sektöründe devrim yaratmıştır. Esnekliği, dayanıklılığı ve çatlamaya karşı direnci, onu çeşitli ortamlarda kurulum için ideal bir seçim haline getirir. PEX’in kimyasal direnci ve termal performansı, temiz su temininde ve optimum ısıtma sistemlerinin korunmasında güvenilirliğine ve verimliliğine katkıda bulunur. PEX, kolay kurulumu ve standartlara uygunluğuyla kolaylık ve gönül rahatlığı sağlar.
Sektör yeniliklere devam ettikçe, PEX’in geleceği umut verici görünüyor.
Özelliklerini ve performansını daha da artırmak amacıyla çapraz bağlama yöntemlerinde ve malzeme formülasyonlarında sürekli iyileştirmeler yapılmıştır. Gelişmiş boru birleştirme teknikleri ve akıllı boru sistemleri gibi yenilikler, kurulumları basitleştirme ve sistem izleme ve bakımını iyileştirme potansiyeline sahiptir.
Genel olarak, PEX, sıhhi tesisat ve ısıtma ihtiyaçları için güvenilir ve uygun maliyetli bir çözüm olduğunu kanıtlamıştır. Olağanüstü özellikleri ve gelecek beklentileri, onu sektörde tercih edilen seçenek haline getirerek, çok çeşitli uygulamalar için verimli ve sürdürülebilir çözümler sunmaktadır.
Derleyen: Samin Saleki
Düzenleyen: Dr. Mehrnaz Bahadori
Kaynaklar
1. Oral E, Muratoglu OK. Crosslinked polyethylene. Materials For Total Joint Arthroplasty: Biotribology Of Potential Bearings. 2015 Oct 14:133.
2. https://en.wikipedia.org/wiki/Main_Page.