Reaktif poliüretan yapıştırıcıların sentezi ve ketonik reçinelerin etkilerinin araştırılması

Poliüretanlar ilk olarak 1930'ların sonunda Otto Bayer ve çalışma arkadaşları tarafından keşfedilmiştir. Kısa süre sonrasında poliüretanların kauçuğu metale yapıştırabildiği öğrenilmiş, bunun üzerine polyester poliollerin kullanıldığı poliüretan yapıştırıcılar hızla gelişim kaydetmiştir. Bugüne kadar poliüretan yapıştırıcıların sentezlenmesine yönelik birçok çalışma yapılmış ve günümüzde kauçuk, plastik, metal, ağaç, cam ve seramik gibi birçok malzemenin yapıştırılmasında yaygın şekilde kullanılmaktadır. Günümüzde poliüretan yapıştırıcılar çok iyi hidrolitik stabilite, mükemmel düşük sıcaklık performansı göstermelerinin yanısıra maliyet olarakta avantajlıdırlar. Yüksek sıcaklıklardaki performanslarının yeterli olmaması uygulama alanlarını belli ölçüde daraltsa da son dönemdeki gelişmelerle bu alanda da önemli gelişmeler kaydedilmiştir. Teze konu olan tek komponentli reaktif poliüretan yapıştırıcılar özellikle mobilya sektöründe ahşabı ahşaba yapıştırmada yaygın şekilde kullanılmaktadır. Poliüretan yapıştırıcılar yüksek yapışma gücü istenildiğinde, rutubetin yüksek olduğu mutfak ve banyo mobilyalarında ve dış bahçe mobilyalarında yoğunlukla tercih edilmektedir. Aynı zamanda teze konu olan poliüretan yapıştırıcıların %100 katı içerikli olması ve çözücü içermemesi de en önemli avantajları arasındadır. Mobilya üreticileri açısından üretim verimliliğini etkileyen en önemli parametrelerin başında yapıştırma ile birleştirilen parçaların uzun süre mengenede beklemek zorunda kalması ve bu süre içerisinde herhangi bir işleme tabi tutulamamasıdır. Bu durumda yapıştırıcı kısa sürede yeteri kadar kuvvetli yapışmayı sağlayamadığından üretim verimliliği önemli ölçüde azalmaktadır. Ketonik reçineler mürekkep ve boya sektöründe yoğun olarak yapışmayı artırmak üzere kullanılmaktadır. Bu yönüyle ketonik reçinelerin kullanıldığı bir çok başarılı ürün ticari olarak hayatımızda yer almaktadır. Ancak ketonik reçinelerin poliollere kıyasla daha zor ulaşılabilir olmaları ve buna bağlı maliyetlerinin yüksek olması nedenlerinden dolayı poliüretan yapıştırıcılarda kullanımı bugüne kadar söz konusu olmamıştır. Yapılan çalışma ile viskozitesi blank ürünlerle benzerlik gösteren yani düşük viskoziteli, ilk yapışma gücü yüksek olan böylece yapıştırılan parçaların erken işleme alınması ve neticesinde üretim verimliliğinin artmasına imkan sağlayan, sıcaklık dayanımı yüksek yapıştırıcı sentezlenmesi amaçlanmıştır. Çalışmada siklohekzanon formaldehit ketonik reçine (CFR) belli yüzdede poliüretan yapıştırıcı formülasyonuna katılarak ürünün viskozite, ilk yapışma mukavemeti ve sıcaklık dayanımına olan etkileri incelenmiş ve bu özelliklerin iyileştirilmesine çalışılmıştır. Poliüretan Bu maksatla öncelikli blank örnekler sentezlenmiştir. Blank örnekler polieter poliol ve polimerik 4,4'-methylene diphenyl diisocyanate (p-MDI) kullanılarak sentezlenmiştir. Reaktif poliüretan yapıştırıcılarda her zaman izosiyanatın fazlası kullanılır ve böylece pre-polimer uçlarında reaktif -NCO gruplarının bulunması sağlanır. Bu maksatla sentezlenen iki farklı blank örneği için izosiyanat grubunun (NCO) hidroksil grubuna (OH) oranı 4.84'dür. İlk örnekte farklı olarak viskozite ayarlaması ve ürünün kırılgan yapısının azaltılması maksadıyla plastifiyan kullanılmıştır. Montmorillonite kil içeren (MM-CFR) ve içermeyen siklohekzanon formaldehit ketonik reçine kullanılan denemelerde blank örneklerine benzer şekilde plastifiyan içeren ve içermeyen olarak iki grupta hazırlanmıştır. Bu çalışmada polieter poliolün %10'u kadar CFR ve MM-CFR reçineleri katılmıştır. Kullanılan CFR reçine farklı oranlarda MM içermektedir. Denemelerde kullanılan ketonik reçinelerin OH gruplarının sayısı tam olarak bilinmediğinden hesaplamada kullanılmamıştır. Kullanılan polieter poliol'ün miktarının azalmasına paralel olarak NCO/OH oranı (ketonik reçine değerlendirmeye katılmadığında) 5.38 olmuştur. Ketonik reçinelerin kullanıldığı denemelerde ayrıca çözücü olarak klorofom kullanılmıştır. Çözücü olarak kullanılan kloroform reaksiyon sonrasında ısı ve vakum yardımıyla uzaklaştırılmıştır. Reaksiyon FT-IR cihazı üzerinden takip edilmiştir. FT-IR cihazında 3400 cm-1 bölgesinde poliole ait karakteristik geniş bir pik bulunmaktadır. Denemelerde izosiyanat fazlası kullanılmaktadır. İzosiyanat fazlasının kullanılması nedeniyle reaksiyon başlangıcında polieter poliol ve ketonic reçineye ait karakteristik OH pikinin şiddeti zamanla azalmakta ve tüm OH gruplarının reaksiyona girerek üretan bağı oluşturması ile kaybolmaktadır. Sentezlenen ürünlerin NCO % değerleri otomatik titratör ile ölçülmüştür. Ketonik reçine kullanımı ile NCO % değerinin azaldığı gözlemlenmiştir. Ketonik reçine içerisindeki kil miktarının artması ile de NCO % değerinin düşme eğilimi gösterdiği tespit edilmiştir. Mukavemet değerlerinin ketonik reçine kullanımından nasıl etkilendiği ve mukavemetin zamana bağlı değişimi incelenmiştir. Sonuç olarak ketonik reçine kullanılarak elde edilen poliüretan yapıştırıcıların blank poliüretan yapıştırıcılar ile kıyaslandığında mukavemet değerlerinin yüksek olduğu ve aynı zamanda daha hızlı yapışma özelliği sağladığı tespit edilmiştir. Sentezlenen ürünlerin viskozitelerinin ketonik reçine içerisindeki montmorillonite oranının artmasıyla arttığı tespit edilmiştir. Viskozite artışı istenmeyen bir durumdur ve formülasyona kloroparafin ilavesiyle ürün viskozitesi kabul edilebilir seviyelerde kalmıştır. TGA verileri incelendiğinde ketonik reçine ilavesi ile birlikte ürünün ısı dayanımının arttığı tespit edilmiştir. Ketonik reçine içerisindeki kil miktarının artmasının buna pozitif etkisi bulunduğu analiz sonuçlarından görülmektedir. Bu durumda sıcaklık dayanımı gerektiren uygulamalarda ketonik reçinelerin kullanımı uygun olabilir. DSC analizleri incelendiğinde kürleştikten sonra termoset olan ürünlerin analizi gerçekleştirilen sıcaklık aralığında kararlı olduğu ve bozunmadığı tespit edilmiştir. Buradaki sonuçlar TGA verilerine benzer çıkmıştır. Yapılan denemeler neticesinde ketonik reçinelerin tek komponentli reaktif yapıştırıcılarda kullanımı ile yapışma özelliklerinin ve ısıl dayanımının iyileştiği tespit edilmiştir. Bunun yanısıra ürün viskozitesi dolgu miktarının artmasına paralel olarak artmaktadır. Ancak plastifiyan kullanılan denemelerin sonuçlarının kullanılmayan deneme sonuçlarına viskozite haricinde benzer çıkmış olması bu olumsuz durumun plastifiyan kullanımı ile ortadan kaldırılabileceğini göstermektedir.