Alaşımlar, karışımlar ve kompozitler için bağlayıcılar ve bağlayıcı ajanlar

Bağlayıcılık, polimer karışımlarının morfolojisi ve özelliklerinin dengelenmesi (ayrılmasının önlenmesi) ile sonuçlanan herhangi bir fiziksel veya kimyasal yönteme refere edilir.

İşlevselleştirilmiş poliolefinlerin (maleik anhidrit / glisidil metakrilat veya diğer monomerlerle aşılanmış poliolefinler), dolgulu polimer kompound için bağlayıcı ajan olarak ve benzer olmayan polimerler için birleştirici olarak görev yaptığı bilinmektedir.

Bu tip aşılanmış polimerler, reaktör sonrası aşılama reaksiyonlarının sonucudur. Son bir tahmin, bu malzemelerin dünyadaki tüketimini yılda 18.000 ton (Özel Kimyasallar) olarak belirlemiştir. Küçük miktarlarda kullanılırlar, fakat katkı maddeleri olarak baz bileşiğin özelliklerinde önemli gelişme sağlarlar.

İşlevselleştirilmiş poliolefinlerin üretiminde temel adımlar şunlardır:

• LDPE, LLDPE, HDPE, EVA, EPDM veya diğerleri gibi bir polimer kullanılır
• Aşılanacak bir monomer seçin, örn. Maleik Anhidrit, Glisidil Metakrilat, Akrilik Asit vb.
• Polimer omurgasında serbest radikaller oluşturmak için bir peroksit kullanılır
• Kalma süresi, sıcaklık, karıştırma, reaksiyona girmemiş bileşenlerin uçucu hale getirilmesi gibi uygun ekstrüzyon koşulları kullanılır
• Peletlere ekstrüzyondan önce istenen katkı maddeleri enjekte edilir

Şekil l’deki denklem, ekstruderde gerçekleşen reaksiyonların kimyasını verir. Serbest radikaller, polimer zincirlerinden hidrojeni çıkarır, böylece maleik anhidrit ekleyen ve ekstrüderin içine aşılama için uygulanan eriyik karıştırma koşulları altında aşılama işlemini başlatan polimerler üzerinde radikaller oluşturur.

Bununla birlikte, maleik anhidridin işlenmesiyle bağlantılı teknolojik yönler, uyumsuz malzemelerin ve küçük tonajlı küresel pazarın iyi bir şekilde dağılmasını sağlamak için özel ekstrüderlere duyulan ihtiyaç nedeniyle, dünya çapında bu tür ürünlerin çok az üreticisi bulunmaktadır. Ticari markaların parantez içerisinde yer aldığı bazı büyük tedarikçiler:

Atofina Dupont Exxon Eastman Mitsui Polyram Dow

(Orevac) (Fusabond) (Excelor) (Epolene) (Admer) (Bondyram) (Primacor, Amplify)

LDPE, LLDPE, HDPE, PP, EVA ve EPDM gibi baz polimerler, baskın olarak maleik anhidrit glisidil metakrilat, akrilik asit ve diğer polar olmayan baz polimerlere bir derece polarite veren diğer fonksiyonel gruplarla aşılanır. Ek kimyasal gruplar, bu reçinelere olağanüstü uyumluluk, reaktivite ve yapışma özellikleri sağlar ve alaşım karışım, bileşik hazırlama, birlikte ekstrüzyon, baskı ve laminasyonda kullanımlarına yol açan diğer polar malzemelere karşı iyi çekim sağlar.

Uygulamalar

Bunlar için kurulan uygulamalardan bazıları:

1. Dolgulu ve Güçlendirilmiş PP Bileşiklerinde Bağlama Maddesi

Maleik anhidrit aşılı polipropilen, dolgu maddesi ile polimer matrisi arasındaki ara yüzey yapışmasını geliştirerek etki gösterir. Böylece, bu malzemelerdeki polar fonksiyonel gruplar, kalsiyum karbonat, talk, mika ve cam elyafı gibi dolguların yüzeyine bağlanırken, PP omurga matris polimer ile iyi karışmaktadır. Bu, dolgu maddesinin daha iyi dağılmasını sağlar ve bileşiğin mekanik özelliklerini geliştirir. Maleated EPDM, dolgulu PP bileşimleri için mükemmel bir etki değiştiricidir.

Daha yüksek dolgu yüklemeleri de mümkündür. Bu gibi durumlarda, Maleated ürünleri, kalıp kirlenmesi eğiliminde olan ve işleme sırasında istenmeyen kalıp birikintileri oluşturan, geleneksel olarak kullanılan düşük molekül ağırlıklı katkı maddelerinin yerine geçer.

• Naylon Alaşımları

Maleik anhidrid aşılı polietilen,  naylon ile reaktif olarak harmanlamak için kullanılır.  Özellikle kuru bölgelerde toplam tokluğunu arttırmak için kullanılır. Polietilenin kendi kendine naylonla karıştığı bilinmemektedir. Ancak maleat ürünlerindeki anhidrit grupları, naylondaki amin uç gruplarıyla kolayca reaksiyona girer ve böylece polietilen kısmı birleştirir.

Bu ürünler, dolgusuz olarak, mineral ve cam elyaf dolgulu naylon için uygundur.

Bu tür nylon alaşımları, güvenlik kaskları, bagaj çerçeveleri, kollar ve diğer bileşenler, motosiklet yan kutuları, fren ve debriyaj kolları, tekerlek, el aleti gövdeleri, ekipman muhafazası, fan kanatları, otomobil aksesuarlar, tüfek dipçiği ve endüstriyel bileşenler gibi geniş bir uygulama alanına sahiptir.

Nylon Alaşımları Yerine

Maleated polietilenler, enjeksiyon makinesi ile büyük yada küçük parça basımında makine haznesinde karıştırılarak başarı ile kullanılabilir. Bu sayede enjeksiyon kalıplama işlemi sırasında işleme sıcaklıklarında, nylon ile iyi darbe özelliklerine sahip bir alaşım oluşturulur.

Naylon Atıklarının Yükseltilmesi

Elyaf, film veya kalıplama atığı formunda,  geri dönüşüm Nylonun mekanik değerlerinin yükseltilmesi için, maleated polietilen uyumlaştırıcı kullanılabilir. Bu modifiye edilmiş ürün enjeksiyon ile kalıplamada kullanılabilir.

PET / PE Atık Geri Dönüşümü için Uyumlulaştırıcılar

Ambalaj endüstrisinin bolca ürettiği gibi, kombine edilmiş PET / PE film atıklarının geri dönüşümü, iki polimerin çok farklı yapıları nedeniyle mümkün değildir. Maleik anhidrid aşılanmış EVA, iki polimeri böyle bir karışımda uyumlu hale getirmek için kullanılabilir. Dolgu maddelerinin, mürekkeplerin ve diğer katkı maddelerinin karışım içinde bulunması işlemi etkilemez.

Co-Ekstrude edilmiş filmler

Ambalajlar, uzun raf ömrü için yüksek bariyerli filmler ve tabakalar gerektirir. Ticari polimerler yeterli bariyer özelliği sağlamazlar, ancak düşük maliyet, yeterli mekanik özellikler vb. gibi diğer tüm özelliklere sahiptirler. Bariyer özellikleri, naylon, EVOH, PVDC gibi bir orta polimer katmanı birlikte ekstrüde edilerek elde edilir. İşlevselleştirilmiş poliolefinler, emtia ve bariyer polimerleri arasında bağlayıcı tabakalar halinde birlikte ekstrüde edilir. Bu özel bir konudur ve kendi başına detaylı bir muameleye ihtiyaç duyar ve bu nedenle buraya dahil değildir.  Üreticiden temin edilebilecek ürünler daha önce listelenmiştir

Wood Composites

Odun Unu / Pirinç Kabuğu ile yapılan Polimer kompozitler polimerin tüm avantajlarına sahiptir ve ahşabın dezavantajları yoktur. Dolgu ve polimer arasındaki uyumlaştırma etkisi, maleik anhidrit aşılanmış poliolefinlerin kullanılmasıyla sağlanır. Yukarıdaki uygulamalardan, aşağıdaki uygulamalar oluşturulmuştur

• Karışımlar ve Alaşımlar
• PP Kompozitler (Mineral ve Cam Dolgulu)
• Co- Ekstrüde Filmler

Karışımlar ve Alaşımlar

İki veya daha fazla polimerin harmanlanması, termoplastiklerin özelliklerini değiştirmek için ilginç bir yol sunar. İstenilen özellik kombinasyonuyla yeni malzemeler üretmek için uygun maliyetli bir yoldur. Ancak, aynı plastik ailesi içinde bile, malzemeler özellik ve işleme davranışlarında o kadar farklıdır ki bir karışım olarak normalde bir kompozit malzemeye dönüştürülemezler. LDPE ve PP gibi aynı familya poliolefinlerinden elde edilen malzemeler, kabul edilebilir özellikler elde etmek için gerekli olan moleküler bir dispersiyon vermek üzere homojen olarak karışmazlar. Bileşenlerin zayıf uyumluluğu nedeniyle, bu sistemlerin çoğu, yüksek ara yüzey gerilimi, düşük dağılım derecesi ve düşük mekanik özellikler ile karakterize edilir. Bu nedenle, karışımı istenen özelliklerle uyumlu hale getirmek için bir uyumlulaştırıcı kullanmak son derece önemlidir.

Uyumlu bir karışım, fazlar arasında düşük itme kuvveti olan polimerlerin karışımıdır. Uyumluluk, polimer karışımlarının morfolojisi ve özelliklerinin dengelenmesi (ayrılmasının önlenmesi) ile sonuçlanan herhangi bir fiziksel veya kimyasal yönteme refere edilir. Polimer karışımları örneğin darbe veya esneklik özelliklerini, kimyasal direnci, ısıl şekillendirilebilirliği ve basılabilirliği değiştirmek için kullanılır. Uyumlaştırılmış blendlerin bazı özellikleri tek başına herhangi bir bileşenin özelliklerini aşmaktadır.

Kullanılabilecek birkaç basit bağlayıcı ajan örneği tablo 1’de verilmiştir.

Tablo:1 Bazı Bağlayıcı Ajan Örnekleri

Bağlayıcı Ajanların Çalışma Mekanizması

Uyumlaştırıcılar kimyasal bir reaksiyon (Reaktif Uyumlaştırma) veya Van der Waals, hidrojen bağlaması, malzemelerin polaritesine bağlı olarak hidrojen bağlanması (Reaktif Uyumsuzluk) gibi moleküller arası çekim kuvvetleri aracılığıyla etki ederler. Ek olarak bir bağdaştırıcı, bir sürfaktan, karışımın bir veya her iki bileşeninde de çözünür olmak suretiyle, yağ / su karışımını dengelemek için yaptığı gibi, ame mekanizması az çok işlev görebilir. Bu tür bir mekanizma, kendisini kimyasal bileşenlerin aşılama yoluyla blend bileşenlerinden birine tutturmak ve diğer bileşende çözülebilen bir polimerik “kuyruk” bırakmaktır (Bkz. Şekil 2).

Şekil 2: Uyumlaştırma Mekanizması.

Stabilize edilmiş, daha düzgün dağılmış alanlar, fazlar arasındaki ara yüzey enerjisinin azalmasından kaynaklanmaktadır. Ek olarak, ara yüz yapışma özelliği geliştirilir, çünkü ayrı fazlarda bulunan bağdaştırıcı bölümleri kovalent olarak bağlanır

Maleik anhidrit (MA) aşılanmış poliolefinler, poliolefinlerin nylon gibi polimerlerle harmanlanmasında tipik olarak reaktif bağlayıcılar olarak kullanılır. MA-aşılanmış polietilen (PE) veya PP, naylonun yüksek sıcaklık özelliklerinin gerekli olduğu uygulamalarda naylon-PP karışımlarına izin vermek için kullanılabilir, ancak Naylonu bozabilecek nem emilimini azaltmak için PP gereklidir.

Süper Sert Naylon Alaşımlarının Üretimi

Mükemmel bir mühendislik plastiği olan naylon, kırılgan ve kuru ve düşük sıcaklık koşullarının bir dezavantajına sahiptir. Çözüm, uygun bir darbe dayanımı sağlayıcı ile karıştırılmasında yatmaktadır. Bu görev genellikle nylon malzeme tarafından yapılır veya bu modifiye naylonları kalıplara tedarik eden bazı özel compoundlar tarafından üretilir. Nitekim naylonun süper sert naylona dönüştürülmesi yeni bir şey değildir ve 20 yıldan fazla bir süredir uygulanmaktadır. Bu alaşım oluşumunun arkasındaki kimya Şekil 3’te gösterilmektedir.

Şekil 3: Alaşım Oluşumu Kimyası

Anhidrit veya asit grubunun varlığı iki amaca hizmet eder:

1. Erime işlemi sırasında, asit veya anhidrit grupları, naylon ile amin uç grubu veya elastomer üzerinde nylon bağı üretmek için amid bağı içeren yolla reaksiyona girer. Bu nedenle aşılama, arayüzey gerilimi azaltır ve her ikisi de naylon matristeki stabil, ince kauçuk fazı dağılımının geliştirilmesine yardımcı olan sterik stabilizasyon yoluyla parçacıkların birleşmesini geciktirir.
2. Greft yapıları ayrıca fazlar arası yapışmayı arttırır ve fazlar arasında yardımcı gerilme transferini sağlar Tablo 2, MAH aşılı Polietilenin% 5 ila 30’unun naylon 6 ile karıştırılması ve test numunesine enjeksiyonla kalıplanmasıyla oluşan haznenin sağladığı çentikli darbe dayanımında bir iyileşme göstergesidir.

Tablo:2 Çentikli Darbe Dayanımında İyileştirme

Darbe dayanımı gelişimi tavlanmış numunelerde daha belirgindir, ancak tavlanmamış durumda (kalıplandığı gibi) daha önemlidir, çünkü bir naylon bileşenin, tavlama aşamasından geçmek zorunda kalmadan doğrudan montaj işleminden geçebileceği anlamına gelir. Bu, müşteriye verilen kalıpçı ve hızlı teslimat ile daha az bekletme süresi anlamına gelir. Naylon 6 ve 66 ve diğerleri için uygun bağdaştırıcılar mevcuttur.

Yerinde Karışım (Enjeksiyon Kalıplama Sırasında Hazne Harmanlama):

Bu yerinde alaşımlamanın kalıba verdiği en büyük avantaj, istenen iyileştirmeye bağlı olarak her bir bileşen için kullanılacak olan bağlayıcının’ın farklı oranlarını seçebilmesi ve bir imalatçının veya bir bileşiğin sunduğu spesifik kalitelerle sınırlandırılmamasıdır.

Yüksek tokluğa sahip Nylon Alaşımının Bileşenleri, ayrı bir compound basamağından geçmeden doğrudan bir enjeksiyon makinesinde kalıplanabilir. Bu şekilde dahil edilebilecek katkı oranının üst sınırı olacak ve böylece darbe özelliklerinde iyileşmeyi sınırlandıracaktır.

Mineral ve Cam Elyaf Dolgulu Polipropilen

Polipropilen sıklıkla kil, kalsiyum karbonat ve talk gibi dolgu maddeleri ile compound edilir. Bu dolgular kalıplamadaki büzülmeyi azaltır, önemli derecede bir tokluk verir, ısı bozulma sıcaklığını arttırır ve aynı anda maliyeti düşürür. Dolgu seviyesi genellikle% 20 ila 40 arasındadır; ancak son zamanlarda dolgu maddesi içeriği% 80’e kadar olan compoundlar üretildi ve kalıplama ve ekstrüzyon uygulamalarında kullanıldı. Bu malzemeler, klima ve ısıtıcı muhafazası, dış aydınlatma muhafazası, iç yan paneller ve hava filtresi yuvaları gibi otomotiv parçalarının üretiminde kullanım alanı bulmaktadır. Dolgulu compoundlar aynı zamanda cihaz gövdelerinin, kalıplanmış mobilyaların ve elektronik bileşenlerin imalatında da kullanılır. Kalıpçılar compoundu olduğu gibi kullanırlar veya daha yüksek dolgu maddesi içeren bir compound kullanırlar ve kalıplamadan önce saf PP ile seyreltirler.

MAH aşılı Polipropilen, talk / kalsiyum karbonat dolgulu polipropilen için kullanılır, burada mineral dolgu maddesi ve PP matrisi arasında bir birleştirme maddesi olarak işlev görür ve bu birleştirme hareketi, compoundun mekanik özelliklerinin ve genel işlenebilirliğinin arttırılmasından sorumludur. Maleatlı içerikli bir polimer bir bağlayıcı madde olarak kullanıldığı zaman, ince partikül halindeki mineral artık dolgu olarak kalmaz, polimer matris bağlanarak güçlendirir. Talk ve kalsiyum karbonat yanı sıra, maleatlanmış PPs, volastonit ile ve özellikle de mika ile de eşit ölçüde iyi hareket ettiği bilinmektedir. Bu tür kompozit compound uygulamalarında, otomobillerde olduğu gibi yüksek darbe dayanımı gerektiren malzemeler için, ilk tercih edilen malzeme olan cam elyaf dolgulu PP’dir.

Dikkate değer diğer iyileştirilmiş ürünler, maleat poliolefinleri kullanarak:

● Kalıplamadaki parlaklık artar. Renkli bileşenlerde renk tonunda bir iyileşme elde edilir.

• Dolgulu PP ekstrüzyonlarında (film , levha ve diğer profil imlatlarında), karışıma ilave edilen diğer katkı maddelerinin çözücü etkisi kalıp yüzeyini aşındırır. Ama MAH aşılı polimerlerde bu oran düşüktür.
• Aynı zamanda yüksek dolgulu malzemelerin ekstrüzyonunu daha pürüzsüz hale getirir ve kalıbın genişliği boyunca dağılımını daha iyi hale getirir.
• HDPE ve PP bazlı sentetik kâğıtta dolgu içeriğinin arttırılmasını sağlar, böylece yazılabilirliği arttırır.

MAH aşılı PP’nin aynı etkinliği, ticari olarak Ahşap Plastik Kompozit malzemeler olarak bilinen odun talaşı ile doldurulmuş PP bileşiklerinde de Kullanılabilmektedir.

Plastik Wood (Odun) Kompozitler:

Ahşap Plastik Kompozit, çeşitli plastiklerle (PP, PE, PVC) karıştırılmış ince talaş atığı malzemeler (parke, yumuşak ağaç, kontrplak, yer fıstığı kabuğu, bambu, saman vb. Gibi selüloz bazlı elyaf dolgu maddeleri) kullanır. Toz hamur kıvamında sıkılır ve sonra istenen şekilde extrude edilir. Renklendiriciler, bağlayıcı ajanlar, stabilizatörler, şişirme ajanları, takviye edici katkılar, köpürtücü ajanlar, kaydırıcılar gibi katkı maddeleri, nihai ürünün hedef uygulama alanına uyarlanmasına yardımcı olur. Bunlardan maleik anhidrid aşılanmış poliolefin bağlayıcı ajanlar, kompozitin mekanik seviyesinin arttırılmasında hayati bir rol oynamaktadır. PP ve HDPE bazlı ürünler bağlayıcılar mevcuttur. Yüzde 70’e kadar selüloz içeriği ile ahşap-plastik kompozitler, Ahşap gibi davranış gösterdiğinden dolayı geleneksel ahşap işleme aletleri kullanılarak işlenebilir. Aynı zamanda, son derece neme dayanıklıdırlar. Nem az veya hiç olmadığından, çürüme karşı direnci artıyor. Pirinç kabuğu için aşağıdaki tabloda gösterildiği gibi MAH aşılı poliolefin ilavesiyle büyük yapılan kompozitin özellikleri büyük ölçüde geliştirilmiştir. Wood Plastic Composite↗️

Ağaç plastik kompozit ürünler

Kereste, zemin kaplaması ve korkuluk, pencere profilleri, duvar çivileri, kapı çerçeveleri, mobilya, paletler, çit, rıhtım, siding, mimari profiller, panjurlar, otomotiv parçaları yurtdışındaki wood kompozit uygulamalarından bazılarıdır.

Özellikleri

• Ölçüsel durağanlık
• Termit ve mikrobiyal saldırılara karşı direnç
• Geniş bir sıcaklık aralığında kararlıdır
• Neme dayanıklı
• Darbelere dayanıklı
• Düşük alev yayılımı
• Mükemmel termal özellikler
• Üstün vida ve çivi tutma
• Basınç-çekme-kayma dayanımı
• Yüksek kayma direnci
• Çevre dostu
• Geri dönüştürülebilir
• Çok çeşitli yüzeyler ve görünüm
• Atık ve geri dönüştürülmüş malzemelerin kullanımı
• Rekabetçi fiyat
• Kolayca üretilir ve kolayca imal edilir

Kompozit son ürünün özellikleri, matrisin, dolgu maddesinin ve ikisi arasındaki ara yüzey bağ kuvvetinin bir fonksiyonudur. Ara yüzey bağını etkileyen faktörler şunlardır:

• Karışımın bileşen özellikleri – tür, miktar, dağılım
• Dolgu ve / veya plastiğin değiştirilmesi
• Dolgu dahil etme yöntemi
• İşleme koşulları – bileşik, enjeksiyon kalıplama, ekstrüzyon

Tablo 3: MAH Aşılı Polyolefin ilavesiyle Pirinç Kabuğu ile yapılan kompozit malzeme özelliklerinde Gelişme.