Üretan kimyası 1849 yılında keşfedilmeye başlamıştır. O yıllarda Wurtz ve Hoffman izosiyanat ve hidroksil bileşiğini kapsayan bir reaksiyon ortaya çıkarmıştır. 1937 yılında, Dr. Otto Bayer bu reaksiyonu ticari bir kullanım alanına uyarlamıştır. Ve bu süreç öncesinde endüstri dünyasında kullanımı tercih edilen naylon, yerini yavaş yavaş poliester esaslı üretan polimerlere bırakmaya başlamıştır. İkinci Dünya Savaşı’nın başlamasıyla ise kaynakların kısıtlılığından ötürü kauçuk gibi ana maddelerin kullanımının azalması, fiberler, köpükler ve kaplamalar için poliüretan malzemesinin gelişimine olanak sağlamıştır.
Günümüzde yaşam alanlarımızda bulunan birçok ürünün üretiminde kullanılan ve en önemli polimer sınıflarından birini oluşturan poliüretanlar yapılarında diizosiyanat ve diol gruplarını çeşitli oranlarda ve kombinasyonlarda içeren polimer grubunu oluşturmaktadır. Poliüretan malzemesinin en çok tercih edilen polimer grubu olmasının sebebi; sıvı monomerlerden, düşük enerji gereksinimi olan, kolay bir proses ile elde edilmesidir. Ayrıca yumuşak, doğrusal elastomerlerden sert termoset köpüklere kadar yaygın bir ürün grubunu oluşturmasıdır.
Poliüretan (PU) Nedir?
Poliüretan malzemesi, bir poliolün bir diizosiyanat ile uygun katalizörler ve katkı maddeleri varlığında reaksiyona sokulmasıyla oluşturulur.
- Bileşen (Component A): Poliol
- Bileşen (Component B): İzosiyanat
Poliol: Polieter veya poliester bazlı poliollerle, bunların içerisine uygun oranlarda konulan katalist, silikon, renklendirici, kabartıcı ajan ve diğer kimyasalların oluşturduğu bir karışımdır. Bu karışımlar bünyelerinde serbest hidroksil (OH) taşırlar.
İlgili İçerik: Poliol Nedir? Poliol Çeşitleri Nelerdir?
İzosiyanat: Poliol sistemle karıştırıldığında onunla ekzotermik reaksiyona giren ve bünyesinde serbest NCO taşıyan kimyasallardır. İzosiyanatlar taşıdıkları NCO sayısına göre tanınır ve adlandırılırlar.
İlgili İçerik: İzosiyanatlar
Poliüretan (PU) Köpük Nedir, Neden Kullanılır?
Poliüretan sistemlerin belirli oranda karıştırılmasıyla poliüretan köpük elde edilir. Bu malzeme yüksek oranda ısı, ses ya da su yalıtımı sağlamak amacıyla kullanılmaktadır.
Poliüretan Köpük Çeşitleri Nelerdir?
Poliüretan köpüklerin sertlik, esneklik, yüzey dokusu gibi özelliklerine göre birçok farklı çeşidi bulunmaktadır. İstenilen form ve boyutlarda üretilebilmesi çok geniş bir uygulama alanı olmasını sağlamıştır. Poliüretan köpükler yapısal olarak sert poliüretan köpükler, esnek poliüretan köpükler, yarı sert poliüretan köpükler, elastomer poliüretan köpükler, sprey poliüretan köpükler vb. olarak ayrılmaktadırlar.
İlgili İçerik: Sprey Poliüretan Köpük Nedir? Poliüretan Köpük Ne İşe Yarar, Nerelerde Kullanılır?
Esnek Poliüretan Köpük ve Sert Poliüretan Köpük Arasındaki Fark Nedir?
Esnek poliüretan (PUR) köpükler, iki veya daha fazla -NCO grubu içeren diizosiyanatlar ve üretan gruplarıyla birbirine bağlı iki veya daha fazla -OH grubu içeren polioller tarafından oluşturulan açık hücreli, kimyasal veya fiziksel olarak köpürtülmüş kopolimerlerdir. Sınırlı boyutta esneme ve geri şekil alma özelliğine sahip açık hücre yapılı poliüretan köpükler olarak da tanımlanabilirler. Esnek poliüretan köpükler hafif ve sağlam olmasının yanı sıra oldukça rahattır. Yatak, mobilya, otomotiv başta olmak üzere birçok farklı sektörde kullanılmaktadır.
Sert poliüretan köpükler, yüksek kapalı hücre miktarı ve içeriğindeki yalıtım gazları sayesinde ısı iletkenlik katsayısı (lambda) değeri ahşap, taş yünü ve polistiren gibi diğer izolasyon malzemelerine göre çok daha düşüktür. Bu nedenle, sert poliüretan köpüklerin sağladığı ısı yalıtımı diğer izolasyon malzemelerine göre çok daha yüksektir. Binaların, ısıtıcı ve soğutucuların ısı yalıtımından dekoratif amaçlı ahşap taklidi ürünlerin üretimine kadar birçok farklı sektörde kullanılmaktadır.
Poliüretan Hangi Sektörlerde Kullanılır?
Poliüretan üretiminde çok çeşitli diizosiyanatlar ve poliollerin kullanımı mümkündür. Bu durum, birçok farklı sektörde özel uygulamaların ihtiyaçlarını karşılamak için geniş bir ürün yelpazesi imkanı sağlamaktadır. Bunun dışında fiziksel olarak kolay işlenebilmesi ve şekil alabilmesi, hem sert hem esnek yapıya sahip olabilmesi de endüstriyel alanlarda yüksek oranda kullanılmasına olanak sağlar.
Poliüretan köpükler düşük ısıl iletkenlik katsayına sahiptir. Bu özelliği ile poliüretan köpükler, mükemmel bir yalıtım özelliği sağlarlar. Soğutma sektöründe gıdaların bozulmadan korunmasından, bina yalıtımında enerji ve ısı sarfiyatına kadar birçok sektörde yalıtım malzemesi olarak konvansiyonel ürünlere göre daha sıklıkla tercih edilmektedir.
Poliüretan malzemesinin konvansiyonel ürünlere göre daha çok tercih edilmesinin başlıca nedeni kullanılan hammaddelerinde ve oranlarında değişiklik yapılarak birbirinden çok farklı özelliklere sahip, farklı formlarda ve boyutlarda ürünler elde edilebilmesidir.
1. Ayakkabı Sektörü
Poliüretan; rahatlık, esneklik, sağlamlık ve hafiflik gibi özellikleri ile taban, terlik, iç taban üretiminde aranan başlıca kriterleri karşıladığı için ayakkabı sektöründe çok tercih edilmektedir. Sektör içerisinde düşük dansite terlik tabanı üretiminden, yüksek esneklik ve dayanıklılık gerektiren işçi ayakkabı tabanı üretimine kadar geniş bir alanda kullanılmaktadır.
Poliüretan Ayakkabı Sistemleri
2. Yapı ve İzolasyon Sektörü
Poliüretan, yapı ve binalarda çoğunlukla ısı yalıtımı sağlamak amacıyla kullanılmaktadır. Isı yalıtımı ve hava geçirmezlik özelliği sayesinde ısıyı ortama hapsetmektedir. Bu amaçla levha, sandviç panel ve boru kesitleri olarak üretilerek veya inşaat alanında püskürtme yöntemiyle sprey poliüretan köpük olarak kullanılmaktadır. Poliüretan köpük, düşük iletkenlik özelliği ile yapılara yüksek yalıtım performansı katarak enerji tasarrufu sağlamaktadır.
Poliüretan yangın engelleme özelliğine sahiptir. Avrupa’ya ait yeni normlara göre E (zor alev alan malzeme) yangın sınıfına giren bir üründür. Bu özelliği de binalardaki yangın dayanımının artmasını sağlar. Bununla birlikte poliüretan; yapı ve binalarda kaplama, koruma, yapıştırıcı ve dolgu malzemeleri olarak su yalıtımı amacıyla kullanılmaktadır. Dolayısıyla bir binanın temelinden çatısına kadar hemen her bölgesinde poliüretan esaslı malzemelerim kullanımı mümkün olmaktadır.
Poliüretan Yapı ve İzolasyon Sistemleri
3. Mobilya Sektörü
Poliüretan; uzun ömürlü olması, kolay şekil alabilmesi, boyanabilmesi, hafifliği ve uygulama kolaylığı özellikleri sayesinde mobilya sektöründe sıklıkla tercih edilmektedir.
Esnek poliüretan köpük ailesinden HR (High Resilience) poliüretan köpükler ofis koltuğu üretiminde, visko (hafızalı) poliüretan köpükler yatak ve yastık üretiminde kullanılırken sert poliüretan köpükler ise mobilya sektöründe ahşap taklidi dekorasyon ürünlerinin üretiminde kullanılır.
Poliüretan Mobilya ve Sünger Sistemleri
4. Otomotiv Sektörü
Poliüretanın otomotiv sektöründe kullanımının giderek artan bir paya sahip olmasının en önemli sebepleri; düşük maliyetli parça üretimi ve montajı, hafif olmaları, darbelere dayanıklı olmaları, uygulama yerine göre farklı özelliklerde üretim yapılabilmeleri, esneme özelliğine sahip olmaları ve korozyona dayanıklı olmalarıdır. Özellikle poliüretan köpük ailesinden olan integral poliüretan köpükler direksiyon simidi, kolçak, konsol, tampon vb. otomobil aksanlarının üretiminde kullanılırlar. Bununla birlikte esnek poliüretan köpükler ses yalıtım özelliği sayesinde otomotivde ses izolasyonunda, aynı gruptan HR köpük sistemler ise otomotiv koltuğu üretiminde sıklıkla kullanılmaktadır. Poliüretanın sızdırmazlık özelliği ise sızdırmazlık malzemesi olarak otomotivde kablo kılıfı üretiminde kullanılmasına olanak sağlamaktadır.
Poliüretan Otomotiv Sistemleri
5. Isıtma ve Soğutma Sektörü
Poliüretan; ısıtma sektöründe boyler ve güneş enerjisi panellerinde; soğutma sektöründe ise endüstriyel ve ev tipi soğutucularda (buz dolapları), soğuk oda ve frigo kasalarda ısı yalıtımı sağlamak amacıyla kullanılırlar. Poliüretan köpük ailesinden sert poliüretan köpükler, düşük ısıl iletkenliği sayesinde sunduğu yalıtım özelliği ile bu ürünler içindeki istenen sıcaklığı muhafaza ederek harcadığı enerjiyi azaltır ve yüksek oranda verimlilik sağlar.
Poliüretan Isıtma ve Soğutma Sistemleri
6. Uçak Sanayii
Poliüretan, uçaklarda birçok alanda kullanılmaktadır. Esnek poliüretan köpükler, uçak koltuklarının üretiminde kullanılarak yolculara rahat bir yolculuk deneyimi sunar. Poliüretan kaplamalar aşınma dayanımı yüksek olduğu için uçakta kabin duvarları, tavanlar, üst bölmeler ve tuvaletlerde kullanılmaktadır. Bunun dışında poliüretan köpükler uçaklarda sızdırmazlık malzemesi olarak da tercih edilmektedir.
7. Savunma Sanayii
Askeri malzemelerin uzun süre boyunca zorlu koşullara karşı dayanım gösteren özellikte olması beklenmektedir. Dayanıklık, rahatlık ve yüksek performans bu malzemeler için oldukça önemlidir.
Poliüretan köpükler; hafiflik, yüksek aşınma dayanımı ve esneklik özellikleri sayesinde savunma sanayiinde darbe yastıkları, taktik kaskları, savaş botlarının tabanları vb. ürünlerin üretiminde sıklıkla kullanılmaktadır.
8. Tıbbi ve Medikal Ürünler
Poliüretan; yüksek esneklik, yüksek konfor katsayısı (SAG), ayarlanabilir sertlik aralığı, uzun kullanım ömrü gibi bir çok yüksek avantajı sayesinde medikal parçaların üretiminde sıklıkla tercih edilmektedir. Poliüretan, orjinal şekline geri dönebilme (resilient) özelliği ile birçok medikal ürüne ergonomik özellik sağlar.
9. Ambalaj Teknolojisi
Poliüretan köpük, esneklik, hafiflik ve kolay şekil alabilme özelliği sayesinde ambalaj üretiminde de kullanılmaktadır. Küçük, hafif veya darbeye duyarlı ürünler üreten şirketler, ürünlerinin ambalajlanmasında çoğunlukla poliüretan köpük kullanımını tercih etmektedir. Elektronik ve otomotiv sektöründeki birçok kırılgan parçanın ambalajında da poliüretan köpük kullanılmaktadır. Poliüretan köpüğün ambalaj sektöründe sık tercih edilmesinin nedenlerinden biri ambalajlanacak ürünün boyutuna ve türüne göre ihtiyaç duyulan boyut ve sertliklerde üretilebiliyor olmasıdır.
10. Denizcilik
Poliüretan köpük; gemi, tekne ve yat motorlarında ısı yalıtımı sağlamak amacıyla kullanılmaktadır. Bu amaçla poliüretan kaplamalar, kauçuk bağlayıcılar, sert poliüretan köpükler kullanılmaktadır. Poliüretanın yüksek mekanik ve dış etkenlere karşı yüksek dayanım özellikleri sayesinde teknenin gövdesi sudan, hava koşullarından, korozyondan ve hidrodinamiği etkileyen ve teknenin ömrünü azaltan diğer faktörlerden korunmuş olur. Poliüretan teknelerde ayrıca ses izolasyonu sağlamak amacıyla da kullanılarak gürültüyü minimum seviyeye indirmektedir.
Poliüretan Genel Özellikleri
Poliüretanların genel özellikleri büyük ölçüde polimer omurgasının yapısına bağlıdır. Yüksek mukavemete, yüksek rijitliğe veya yüksek esnekliğe sahip olacak şekilde uyarlanabilirler.
- Poliüretanın darbe direnci, düşük sıcaklıklarda bile olağanüstüdür bu sebeple çatlamaya, yırtılmaya, kırılmaya ve şişmelere karşı direnç sunar.
- Poliüretanın aşınma direnci, özellikle madencilik, petrol ve gaz endüstrilerinde ciddi aşınmanın sorun olduğu birçok önemli uygulamaya çözüm yolu sunmaktadır. Hem saha uygulamasında hem de laboratuvar testlerinde poliüretanlar birçok malzemeye göre kayda değer bir aşınma avantajı göstermektedir.
- Poliüretan parçalar genellikle daha ucuz, düşük basınçlı kalıplara dökülür. Bir sıvı olarak poliüretan, yüksek basınçlı kalıplar ve presler olmadan karmaşık kalıp boşluklarını bile doldurabilir.
- Poliüretan hem gerilime hem de sıkıştırmaya dayanabilir. Ağır yük altında şekil değiştirebilirken, yük kaldırıldığında eski şekline dönebilmektedir.
- Kısa teslim süreleri ve daha ekonomik takım maliyetleri nedeniyle, poliüretan genellikle tek seferlik parçalar ve prototipler veya yüksek hacimli tekrar üretim çalışmaları için
Poliüretan Sıcaklık
Poliüretanlar, çok çeşitli sıcaklıklara dayanabilmektedir ve bu sayede en zorlu koşullarda bile orijinal şeklini ve fiziksel özelliklerini koruyabilmektedirler. Standart termoset poliüretanlar -26°C ila 93°C arasındaki sıcaklıklara dayanabilir. Bununla birlikte, bazı poliüretan ürünleri, 148°C kadar yüksek bir sıcaklığa karşı daha yüksek toleransa sahip olabilmektedirler. Bu sıcaklıkların dışında, termoset poliüretanlar zamanla zayıflama veya bozulma eğilimi göstermektedirler.
Isı İletkenlik Değeri
Isı iletkenliği, bir malzemenin ısı transfer etme veya iletme konusunu ifade eder. Isı iletkenliği, moleküler çalkalama ve temas yoluyla meydana gelmektedir. Isı, yüksek sıcaklık ve yüksek moleküler enerjili bir alandan daha düşük sıcaklıklı ve daha düşük moleküler enerjili bir alana bir sıcaklık gradyanı boyunca hareket eder. Isı iletkenlik, diğer adıyla lambda değeri, bir ürünün yalıtım kapasitesini, malzemenin ısı geçirgenlik seviyesine dayanarak tanımlar ve genellikle k, λ veya κ ile gösterilmektedir.
Su Buharı Difüzyon Direnci (Su Buharı Geçirgenliği)
Su buharı difüzyon direnç faktörü, havanın su buharı geçirgenliğinin numunenin su buharı geçirgenliğine oranıdır. Sıcaklık biliniyorsa havanın su buharı geçirgenliği sabit kabul edilebilir. Su buharı geçirgenliği, mutlak hava nemi yüksek olan taraftan, mutlak hava nemi düşük olan tarafa doğru yayılmaktadır.
Boyutsal Stabilite
Poliüretan termoset yapısından dolayı mükemmel boyutsal stabilite sergilemektedir. Poliüretanın boyutsal stabilitesi bulunduğu sıcaklık ortamına göre değişmektedir. Kaplamaların yoğunluğuna ve tipine bağlı olarak, bina uygulamaları için sert poliüretan yalıtım, -30°C ila +90°C sıcaklık aralığında uzun süreli kullanılabilmektedir.
Mekanik Özellikleri
Poliüretan köpüğünün mekanik özellikleri, iç ve dış yapı, hücrelerin şekli ve boyutu, doldurma hacmi ve kullanılan polimerin özelliklerinden etkilenmektedir. Poliüretanın mekanik özellikleri, temas basınçları, gerilim dağılımı ve gerilimin gerinim hızından etkilenmektedir. Hızlı ve dinamik hallerde sıkıştırılan poliüretan köpüklerin mekanik özellikleri, hücresel yapının sürtünmesinden ve hücrelerde bulunan havadan etkilenir.
Poliüretanın Mekanik Özellikleri:
Yangın Dayanıklılığı
Poliüretanlar, ürün tasarımcılarına özel formülasyonlar yoluyla gelişmiş yangın direnci sunma yeteneğine sahiptir. Eşsiz kimyasal yapıları sayesinde poliüretanlar en zorlu alev direnci gereksinimlerini karşılayabilmektedir. Poliüretan, alevle temas ettiğinde erimek yerine kömürleşerek ateşin çekirdeğini koruma özelliğine sahiptir. Bu, yapının bir süre stabil kalmasına neden olur. Yangın güvenliği söz konusu olduğunda binanın tasarımı çok önemlidir.
Yangınların çoğunun endüstriyel ünitelerin veya evlerin yalıtımında kullanılan malzemelerden değil, içlerinde biriken atıkların kötü yönetilmesinden veya insan faktöründen kaynaklandığını dikkate almak önemlidir.
Asit Buharı ve Asitlere Dayanıklılık
Poliüretanın kimyasal direnci poliüretan formülasyonları arasında değişiklik gösterir. Genel olarak: Polyester tipi poliüretan, yağlara, solventlere ve zayıf asitlere/bazlara karşı daha dayanıklıdır. Ve polieter tipi poliüretan suya maruz kalmaya karşı daha dayanıklıdır.
Poliüretanlar, birçok metal, kauçuk ve plastiğe kıyasla daha fazla kimyasal dirence sahiptir. Genel olarak, poliüretanlar asit buharı ve asitlere karşı olduğu gibi diğer korozif kimyasallara karşıda direnç göstermektedir.
Poliüretan Nerelerde Kullanılır?
Çoğunlukla esnek köpük formunda olan poliüretan, mobilya, yatak takımı ve halı altlığı gibi ev mobilyalarında kullanılan en popüler malzemelerden biridir. Döşemeli mobilyalar için yastıklama malzemesi olarak esnek poliüretan köpük, mobilyaların daha dayanıklı, konforlu ve destekleyici olmasını sağlamaktadır. Poliüretan sert köpük formunda ısı ve yalıtım sektörü, ısıtma ve soğutma sektörü gibi sektörlerde kullanılmaktadır. Bununla birlikte ayakkabı sektöründe, kauçuk bağlayıcı (binder), poliürea sistemlerinde karşımıza yoğun bir şekilde kullanılmaktadır.
