Öz: Giriş: Çekirdek oluşumu kristalin yapıya sahip malzemelerin soğuma esnasında kristal yapıların oluşmasına neden olan başlangıç noktası ya da temel adımıdır. Çekirdek oluşumu malzemelerin soğuma esnasında oluşabildiği gibi çeşitli katkı ve/veya dolgu malzemeleri kullanılarak da olabilmektedir. Endüstride en yaygın kullanılan polimerlerden biri olan polipropilen (PP), yarı kristalin morfolojiye sahip termoplastiklerdendir. Çekirdekleştirici ajanlar (ÇA) PP’ nin kristal bölgelerinin oluşması için başlatıcı çekirdek görevi görmektedir. PP zincirleri bu çekirdekleştirici ajan ve/veya ajanlar etrafında oryante olarak kristal yapıyı oluşturmaktadır. Morfolojik özelliklerdeki değişiklikler PP’ nin mekanik, ısıl, optik, işleme ve kimyasal özelliklerini doğrudan etkilemektedir. Morfolojinde diğer bir deyiş ile PP yapısında bulunan kristalin ya da amorf bölgelerin miktarı, nihai üründen beklenen özellikleri karşılaması açısından oldukça önemlidir. Kullanılan ÇA’ lar ile kristalin yapı miktarı daha fazla olan ve kristal bölge oluşum sıcaklığı daha yüksek ürünler üretmek mümkündür. Genel olarak yüksek kristalin bölgelere sahip polimerler, daha iyi mekanik, ısıl ve kimyasal özellikler göstermektedir. ÇA’ lar ile morfolojik olarak daha yüksek oranda kristal bölgelere sahip, aynı zamanda daha yüksek kristal oluşum sıcaklığına ve daha kısa proses süresine sahip PP nihai ürünler üretilecektir. Amaç: Bu çalışmada ÇA’ lar ile morfolojik olarak daha yüksek oranda kristal bölgelere ve optik özelliklere (şeffaflığa) sahip otomotiv, havacılık, ambalaj sanayisi gibi farklı endüstrilerde daha kısa proses süresine sahip ve daha yüksek sıcaklıklarda kristallenebilen PP ürünlerin oluşturulmasına katkıda bulunulması amaçlanmaktadır. Kapsam: Yapılan bu çalışmada farklı oranlarda ÇA kullanılarak PP nihai ürünün morfolojik yapısı üzerindeki etkilerinin incelenmesinden ve ideal ÇA miktarının belirlenmesinden oluşmaktadır. Sınırlıklar: Genellikle ÇA kullanımı ile PP morfolojisindeki kristalin bölgelerin miktarındaki artış gözlenmektedir. Fakat ideal miktardan fazla ÇA kullanımı ile birlikte bir takım zorluklarla karşılaşılmaktadır. Bunlar genellikle; 1- Çekirdekleştirici ajanların topaklanması 2- Polimer matris içerisinde ÇA katkılarının homojen dağıtılamaması 3- İşleme makinelerinde aşınma 4- Malzemelerin mekanik özelliklerde düşüşe neden olması olarak sıralanabilir. Ayrıca istenilen özelliklerin elde edilebilmesi için ÇA kalitesi ve PP matris ile ara yüzey uyumunun iyi olması gerekmektedir. Yöntem: PP’ nin morfolojik yapısını belirleyen kristalin bölgelerin oranını belirlemek ve istenen şekilde değiştirmek, nihai üründen beklenen özellikleri karşılaması açısından oldukça önemlidir. Morfolojik yapısının değişimi ile birlikte mekanik, optik, ısıl ve kimyasal özelliklerde değişiklikler meydana gelecektir. ÇA içeren PP nihai ürünün morfolojik özelliklerinin incelenmesi belirli bir düzen içerisinde yapılacaktır. 1- PP hammadde içerisine oranı % 1 ile 10 arasında değişen ÇA ekstrüzyon makinesinde katılacak ve granül formuna getirilecektir. 2- Referans numune olan saf PP, ÇA katkısı içeren nihai ürünler ile karşılaştırılabilmesi için katkısız olarak enjeksiyon makinesinde üretilecektir. 3- Granül haline gelmiş farklı oranlardaki ÇA içeren PP enjeksiyon makinesinde sıcaklık, kalıpta tutma süresi, kalıplama basıncı, ütüleme basıncı gibi farklı proses şartları altında ilgili standartlara uygun test numuneleri ve nihai ürün şeklinde üretilecektir. 4- İlgili standartlara uygun test numuneleri ve nihai ürünler için gerekli testler yapılacak ve yorumlanacaktır. Bulgular: Endüstride çok çeşitli ÇA katkıları kullanılmaktadır. Bunlardan bazıları; talk, silika, sorbitol asetaller ve organik tuzlardır. Talkın iyi çekirdekleştirici etkisi, PP matris içerisinde homojen dağıtılabilmesi ve ucuz olması en yaygın kullanılan ÇA olmasına sağlamıştır. ÇA kullanımı ile yarı kristalin yapı morfolojisine sahip PP’ nin kristalin bölge oranında artış diğer bir deyiş ile morfolojik özelliklerinde farklılıklar meydana gelmektedir. ÇA kullanımı, PP’ nin soğuma esnasında kendiliğinden oluşan ve homojen kristalizasyon olarak adlandırılan kristallenmeden daha fazla kristal bölgeler oluştuğu gözlenmektedir. Ek olarak kullanılan ajanlar PP’ nin kristal bölgelerin oluşmaya başladığı sıcaklığı arttırmıştır. Kristal bölge oluşum sıcaklığındaki artış, nihai ürünün soğuyup, kristallerin oluşması ve katılaşması için gerekli olan proses süresinin de kısalması anlamına gelmektedir. Referans numuneye kıyasla morfolojik özellikleri gelişmiş (daha çok miktarda kristalin bölgeye sahip) PP’ nin mekanik, ısıl optik özelliklerinde olumlu gelişmelere neden olmaktadır. Ayrıca ÇA kullanımı ile kristal oluşumun ilk aşaması olan çekirdeklerin boyutlarında küçülme olmuş ve optik olarak daha az puslu görünüme sahip nihai ürünler elde edilmesine neden olmaktadır. ÇA kullanımı, proses sırasında soğutma sıcaklığı ve süresi ya da oryante etmek gibi maliyeti ve nihai ürün kalitesini doğrudan etkileyen etmenlerden daha verimli ve ucuz bir yöntemdir. Sağladığı bu avantajlar sayesinde ÇA’ lar morfolojinin değiştirilmesindeki en etkili yöntemlerden biridir. Sonuç: PP’ ye katılan ÇA, kristal miktarında artışa dolayısı ile morfolojide istenen değişikliklere neden olması, kristallenmeye başlama sıcaklığını yükseltmesi ve az miktarda katılmalarının yanı sıra mekanik, optik, ısıl ve kimyasal gibi önemli özellikler açısından oldukça dikkat çekmektedir. ÇA içeren PP ürünler, referans PP numuneler ile karşılaştırıldığında çekirdek boyutunda küçülme, çekirdek yoğunluğunda ve kristal yapı oranındaki artışa neden olmuş ve ÇA nihai üründen beklenenleri karşılamasına yardımcı olmuştur. ÇA’ lar istenilen morfolojik özelliklerde ürünlerin üretilebilmesini mümkün kılmaktadır. İstenilen morfolojik özelliklere sahip PP’ in mühendislik uygulamalarında daha etkin olarak kullanılacağı otomotiv, inşaat, ambalaj, havacılık gibi sektörlerde ürün kalitesini geliştireceği düşünülmektedir.
Anahtar Kelimeler: Polipropilen, Yarı kristalin, Çekirdekleştirici Ajan, Mekanik Özellikler, Morfoloji, Kristalizasyon
|
