Polioksimetilen - Vikipedi

Polioksimetilen
Tekrar eden birimin tam yapısal formülü
Polioksimetilen zincirinin boşluk doldurma modeli
Adlandırmalar
Diğer adlar
Poli(oksimetilen) glikol; polimetilen glikol
Tanımlayıcılar
ChemSpider
  • None
UNII
Özellikler
Molekül formülü (CH2O)n
Molekül kütlesi Değişken
Görünüm Beyaz katı (boyasız)
Yoğunluk 1.41–1.42 g/cm3[1]
Erime noktası 165 °C (329 °F)[2]
−9.36×10−6 (SI, at 22 °C) [3]
Termokimya
1500 J/kg·K[2]
Aksi belirtilmediği sürece madde verileri, Standart sıcaklık ve basınç koşullarında belirtilir (25 °C [77 °F], 100 kPa).
Bilgi kutusu kaynakları
Cam tüp eklemelerini birlikte tutan polioksimetilenden yapılmış kıskaç

Asetal poliasetal ve poliformaldehit olarak da bilinen Polioksimetilen (POM)[4] çok sertlik, az sürtünme ve mükemmel boyutsal kararlılık gerektiren hassas parçalarda kullanılan bir mühendislik termoplastiğidir.Sertlik, kayganlık ve boyutların değişmemesini gerektiren küçük parça uygulamalarında çok kullanılır. Kısa zincirli POM (8 ila 100 tekrarlanan birim arasındaki zincir uzunluğu) paraformaldehit (PFA) olarak da daha iyi bilinir. Diğer birçok sentetik polimerde olduğu gibi, polioksimetilenler farklı kimya firmaları tarafından biraz farklı formüllerle üretilir ve Delrin, Kocetal, Ultraform, Celcon, Ramtal, Duracon, Kepital, Polypenco, Tenac ve Hostaform gibi çeşitli isimlerle satılır.

POM yüksek mukavemeti, sertliği ve −40  °C'ye kadar sertliği ile karakterizedir. POM çok kristalli bileşimi nedeniyle doğası gereği opak beyazdır ancak tüm renklerde mevcuttur. POM 1.410-1.420 g/cm3 yoğunluğuna sahiptir.[5]

Enjeksiyon kalıplanan POM için tipik uygulamalar arasında küçük dişli çarklar, gözlük çerçeveleri, bilyalı rulmanlar, kayak takımları, bağlantı elemanları, silah parçaları, bıçak sapları ve kilit sistemleri, kıskaçlar, ney başparesi gibi yüksek performanslı mühendislik bileşenleri bulunur. Malzeme otomotiv ve tüketici elektroniği endüstrisinde yaygın olarak kullanılır. POM'un elektriksel direnci 14×1015 Ω⋅cm'dir ve bu da onu 19,5 MV/m bozulma voltajına sahip bir yalıtkan yapar.[2][6]

Gelişim

[değiştir | kaynağı değiştir]

Polioksimetilen, 1953'ü Nobel Kimya Ödülü'nü alan Alman kimyager Hermann Staudinger tarafından keşfedildi.[7] 1920'lerde polimer olarak nitelendirdiği makromolekülleri araştırırken POM'un polimerizasyonunu ve yapısını incelemişti. Termostabilite ile ilgili sorunlar nedeniyle, POM o dönemde ticarileştirilmedi.

Yaklaşık 1952'de, DuPont'daki araştırma kimyagerleri POM'un bir versiyonunu sentezlediler[8] ve 1956'da şirket, homopolimerin patent koruması için başvuruda bulundu[9], patentte kopolimer teriminden bahsetmeyi unuttu ve böylece rakiplere giden yolu açtı. DuPont, yüksek moleküler ağırlıklı POM'un mucidi olarak R. N. MacDonald'ı göstermektedir.[10]

MacDonald ve çalışma arkadaşlarının patentleri, yüksek molekül ağırlıklı hemiasetal-sonlandırılmış (~O−CH2OH) POM'un hazırlanmasını açıklamaktadır[11], ancak bunlar ticari olarak uygulanabilir olmak için yeterli termal kararlılığa sahip değildir.

Isıya dayanıklı (ve bu nedenle kullanışlı) bir POM homopolimerinin mucidi, hemiasetal uçlarının asetik anhidrit ile reaksiyona sokulmasının, kolayca depolimerize olabilen hemiasetali termal olarak kararlı, eriyik işlenebilir bir plastiğe dönüştürdüğünü keşfeden Stephen Dal Nogare'dir[12].

1960 yılında DuPont, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Parkersburg, Batı Virginia'da "Delrin" adlı kendi asetal reçinesi versiyonunu üretmek için tesisin inşaatını tamamladı.[13] Yine 1960 yılında Celanese kendi araştırmasını tamamladı. Kısa bir süre sonra Frankfurt firması Hoechst AG ile sınırlı bir ortaklıkla Hessen, Kelsterbach'ta bir fabrika inşa edildi; oradan Celcon 1962'de üretilmeye başlandı[14] ve bir yıl sonra Hostaform da ona katıldı. Her ikisi de Celanese'nin himayesinde üretimde kalmaya devam etmektedir ve artık 'Hostaform/Celcon POM' olarak adlandırılan bir ürün grubunun parçaları olarak satılmaktadır.

Üretim

[değiştir | kaynağı değiştir]
Polioksimetilen-Granülat

POM'un homopolimer ve kopolimer versiyonlarını üretmek için farklı üretim süreçleri kullanılır.

Homopolimer

[değiştir | kaynağı değiştir]

Polioksimetilen homopolimer yapmak için susuz formaldehit üretilmelidir. Ana yöntem, hemiformal oluşturmak için sulu formaldehitin bir alkolle reaksiyona sokulması, hemiformal/su karışımının dehidrasyonu (ya ekstraksiyon veya vakum distilasyonu) ve hemiformali ısıtarak formaldehitin serbest bırakılmasıdır. Formaldehit daha sonra anyonik kataliz ile polimerize edilir ve elde edilen polimer asetik anhidrit ile reaksiyonla stabilize edilir. Üretim süreci nedeniyle, büyük çaplı kesitler belirgin merkez hattı gözenekliliğine sahip olabilir.[15] Tipik bir örnek DuPont'un Delrin'idir.

Kopolimer

[değiştir | kaynağı değiştir]

Polioksimetilen kopolimer, −CH2O− gruplarının yaklaşık %1-1.5'ini −CH2CH2O− ile değiştirir.[16]

Polioksimetilen kopolimer yapmak için formaldehit genellikle trioksan'a dönüştürülür (özellikle 1,3,5-trioksan, ayrıca trioksin olarak da bilinir). Bu, asit kataliziyle (sülfürik asit veya asidik iyon değişim reçineleri) yapılır ve ardından trioksanın damıtma ve/veya ekstraksiyon yoluyla saflaştırılmasıyla su ve diğer aktif hidrojen içeren safsızlıklar giderilir.

Tipik kopolimerler, Celanese'den Hostaform ve BASF'den Ultraform'dur. Ko-monomer tipik olarak dioksolan'dır, ancak etilen oksit de kullanılabilir. Dioksolan, etilen glikol'ün asit katalizörü üzerinde sulu formaldehit ile reaksiyona girmesiyle oluşturulur. Diğer dioller de kullanılabilir.

Trioksan ve dioksolan, genellikle boron triflorür eterat, BF3OEt2 olmak üzere bir asit katalizörü kullanılarak polimerleştirilir.

Polimerizasyon, polar olmayan solvent içinde (bu durumda polimer bulamaç halinde oluşur) veya saf trioksan içinde (örneğin bir ekstrüderde) gerçekleşebilir. Polimerizasyondan sonra, asidik katalizör devre dışı bırakılmalı ve polimer, kararsız uç grupları uzaklaştırmak için eriyik veya çözelti hidrolizi ile stabilize edilmelidir. Stabil polimer, ısıl ve oksitleyici stabilizatörler ve isteğe bağlı olarak yağlayıcılar ve çeşitli dolgu maddeleri eklenerek eriyik bileşiktir.

Üretim

[değiştir | kaynağı değiştir]

POM granül halde tedarik edilir ve ısı ve basınç uygulanarak istenilen şekle getirilebilir. Kullanılan en yaygın iki şekillendirme yöntemi plastik enjeksiyon ve ekstrüzyon'dur. Döner kalıplama ve şişirmeli kalıplama da mümkündür.

Enjeksiyon kalıplı POM için tipik uygulamalar, yüksek performanslı mühendislik bileşenlerini (örneğin dişli çarklar, kayak takımları, yoyo'lar, bağlantı elemanları, kilit sistemleri) 'ni kapsar. Malzeme, otomotiv ve tüketici elektroniği endüstrisinde yaygın olarak kullanılır. Daha çok mekanik tokluk, sertlik veya düşük sürtünme/aşınma özellikleri sunan özel kaliteleri vardır.

POM genellikle sürekli uzunluklarda yuvarlak veya dikdörtgen kesit olarak ekstrüde edilir. Bu bölümler istenilen uzunlukta kesilebilir ve talaşlı imalat için çubuk veya sac olarak satılabilir.

Tipik mekanik özellikler

[değiştir | kaynağı değiştir]

POM, yapıştırılamayan ancak eritilerek POM'a birleştirilebilen sert bir plastiktir. Erimiş POM, şekillendirilmesinde kullanılan çelik aletlere yapışmaz.[17][18]

Yoğunluk 1,41 kg/dm3
Erime noktası 165 °C
Özgül ısı kapasitesi 1500 J/kg/K
Özgül ısı iletkenliği 0,31 ila 0,37 W/m/K
Isıl genleşme katsayısı 12 ppm/K

POM, epoksi veya alüminyum kadar güçlü, ancak biraz daha esnek olan nispeten güçlü bir plastiktir:

Özellik değer birimler
Çekme akma gerilimi 62 MPa
Çekme modülü 2700 MPa
Akma anında uzama 2,5 %
Çekme kopma gerilimi 67 MPa
Kopma anında uzama 35 %
Darbe dayanımı 80 kJ/m2

POM aşınmaya dayanıklıdır:

Özellik koşullar değer birimler
Çeliğe karşı sürtünme katsayısı 0,3 m/s, 0,49 MPa 0,31
Çeliğe karşı sürtünme katsayısı 0,3 m/s, 0,98 MPa 0,37
Çeliğe karşı özgül aşınma 0,49 MPa 0,65 mm3/N/km
Çeliğe karşı özgül aşınma 0,98 MPa 0,30 mm3/N/km
POM'a karşı sürtünme katsayısı 0,15 m/s, 0,06 MPa 0,37

Bulunabilirlik ve fiyat

[değiştir | kaynağı değiştir]

POM malzemesi örneğin "Delrin" gibi, ticari markalı üreticiye özgü isimlere sahip olabilir.

Ekim 2023'te büyük miktarlar için fiyatlar, ABD$/kg cinsinden:[19]

  • ABD: 3,26, Avrupa 2,81, Çin 2,58, SEA 2,30, Orta Doğu 1,68 .

Fiyatlar ve bulunabilirlik perakende / küçük toptan :

  • birçok renkte mevcuttur, örn. siyah, beyaz, ancak şeffaf değil .
  • plakalar halinde vardır[20], 3 metreye 1,25 metreye kadar, 0,5mm'den 130mm'ye kadar kalınlıklardadır.
  • yuvarlak çubuklar çapı 5 mm'den 200 mm'ye kadar mevcuttur,

Kasım 2023'te Hollanda'da perakende fiyatı: 19 ila 27 avro/dm3

İşleme

[değiştir | kaynağı değiştir]

Ekstrüde çubuk veya levha olarak tedarik edildiğinde, POM tornalama, frezeleme, delme vb. gibi geleneksel yöntemler kullanılarak işlenebilir. Bu teknikler, üretim ekonomisinin eriyik işleme maliyetini hak etmediği durumlarda en iyi şekilde kullanılır. Malzeme serbest kesimdir, ancak yüksek boşluk açısına sahip keskin aletler gerektirir. Çözünür kesme yağlayıcısının kullanılması gerekli değildir, ancak önerilir.

POM tabakaları, CO2 lazer kesici gibi bir kızılötesi lazer kullanılarak temiz ve doğru bir şekilde kesilebilir.

Malzeme çoğu metal sertliğinden yoksun olduğundan, iş parçası için hafif sıkma kuvveti ve yeterli destek kullanılmasına özen gösterilmelidir.

Pek çok polimerde olduğu gibi, işlenmiş POM, özellikle duvar kalınlıklarında büyük farklılıklar olan parçalarda boyutsal olarak kararsız olabilir. Bu tür özelliklerin ör. fileto ekleyerek veya kaburgaları güçlendirerek "tasarlanmış" olması önerilir. Son işlemden önce önceden işlenmiş parçaların tavlanması bir alternatiftir. Genel bir kural, genel olarak, POM'da işlenen küçük bileşenlerin daha az eğrilmeye maruz kalmasıdır.

Kaynakça

[değiştir | kaynağı değiştir]
  1. ^ Kaynak hatası: Geçersiz <ref> etiketi; mw isimli refler için metin sağlanmadı (Bkz: Kaynak gösterme)
  2. ^ a b c d "Data Sheet: POM (Delrin, Acetal)" (PDF). xometry.eu. 2021. Erişim tarihi: 19 Haziran 2022. 
  3. ^ Wapler, M. C.; Leupold, J.; Dragonu, I.; von Elverfeldt, D.; Zaitsev, M.; Wallrabe, U. (2014). "Magnetic properties of materials for MR engineering, micro-MR and beyond". JMR. Cilt 242. ss. 233-242. arXiv:1403.4760 $2. Bibcode:2014JMagR.242..233W. doi:10.1016/j.jmr.2014.02.005. PMID 24705364. 
  4. ^ "MatWeb:acetal". 11 Mayıs 2011 tarihinde kaynağından arşivlendi. 
  5. ^ "Ticona MSDS for Hostaform". 12 Mayıs 2011 tarihinde kaynağından arşivlendi. 
  6. ^ Acetal (Polyoxymethylene)
  7. ^ "The Nobel Prize in Chemistry 1953". NobelPrize.org. 9 Temmuz 2006 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 8 Mart 2016. 
  8. ^ Joseph P. Kennedy; Wayne H. Watkins (31 Temmuz 2012). How to Invent and Protect Your Invention: A Guide to Patents for Scientists and Engineers. John Wiley & Sons. ss. 194-. ISBN 978-1-118-41009-7. 24 Temmuz 2020 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 13 Ekim 2021. 
  9. ^ "A History of Plastics". British Plastics Federation. 18 Aralık 2008 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 8 Mart 2016. 
  10. ^ News & Media Relations Home - DuPont EMEA
  11. ^ [1], Macdonald, Robert Neal 
  12. ^ [2], Nogare, Stephen Dal & John Oliver Punderson 
  13. ^ Paul C. Painter; Michael M. Coleman (2008). Essentials of Polymer Science and Engineering. DEStech Publications, Inc. ss. 313-. ISBN 978-1-932078-75-6. 24 Temmuz 2020 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 13 Ekim 2021. 
  14. ^ Christopher C. Ibeh (25 Nisan 2011). Thermoplastic Materials: Properties, Manufacturing Methods, and Applications. CRC Press. ss. 473-. ISBN 978-1-4200-9384-1. 24 Temmuz 2020 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 13 Ekim 2021. 
  15. ^ "Acetal Products Comparison: Acetal vs. Delrin" (PDF). Lion Engineering Plastics. 19 Ağustos 2016 tarihinde kaynağından (PDF) arşivlendi. Erişim tarihi: 1 Ekim 2016. 
  16. ^ "How to Maximise the Property Advantages of DuPont Delrin Acetal Homopolymer over Acetal Copolymer" (PDF). DuPont. 2013. 19 Mayıs 2016 tarihinde kaynağından (PDF) arşivlendi. Erişim tarihi: 1 Ekim 2016. 
  17. ^ "POM standard values" (PDF). POM_standard_values.pdf. Erişim tarihi: 3 Kasım 2023. 
  18. ^ "General Properties of M90-44". DURACON® POM Grade Catalog M90-44. Erişim tarihi: 3 Kasım 2023. 
  19. ^ "Polyoxymethylene (POM) price index". BusinessAnalytIQ. Erişim tarihi: 3 Kasım 2023. 
  20. ^ "POM-C staf wit Ø 100mm". Rich Kunststoffen. Erişim tarihi: 3 Kasım 2023. 
"https://tr.wikipedia.org/w/index.php?title=Polioksimetilen&oldid=33674923" sayfasından alınmıştır