MAKALELER / POLÜRETAN MASTİK ÖZELLİKLERİ - Yapı kimyasalları ansiklopedisi
Mastiklerle ilgili ilk temel çalışma A. Damisus tarafından yapılmıştır (A. Damusis, "Sealants", Reinhold Publishing Corp., N.Y., 1967).
Poliüretan mastikler uygulama alanına göre farklı formüle edilirler.
Düşey uygulamalar için tiksotropik ve akmaya karşı dirençli formüle edilebildikleri gibi yatay derzler için kendiliğinden yayılan (self levelling) tipleri de mevcuttur.Değişik malzemelere çok iyi yapışabilen mastiklerdir. Poliüretan mastikler mükemmel uzama, esneme ve uzadıktan sonra eski haline dönme (recovery) özelliğine sahiptirler. Düşük sıcaklıklardaki performansları polisülfitlerden daha üstündür. Fakat uzun süre 82 ̊ C (180 ° Fafrenheit) üzerindeki sıcaklıklara maruz kalacak şekilde kullanılmaları önerilmez. Genel olarak inşaat, otomotiv, çift cam ve tekne sektöründe kullanırlar. PU mastikler kürleştiklerinde çekme (hacım kaybı) ihmal edilebilir derecede az olduğundan, UV dayanımları mükemmel olduğundan mastikler arasında önemli bir konuma sahiptir. Tek komponentli olanları mastik tabancası ile uygulanacak tipte formüle edilirler.Bu tiplerin esneme kapasiteleri ± %25 ile ± %50 arasındadır. İnşaat sektöründe metal ve plastik kapı/pencerelerin montajında, prefabrik elemanların bileşimlerinde, cephe kaplamalarında ve genleşen derzlerin oluşturulmasında sıkça kullanılırlar.
Poliüretan mastik kimyası
Poliüretanlar polialkoller ile poliizosiyanatların reaksiyonu sonucu
oluşur. Poliüretan Mastik üretiminde yeterli elastikiyeti sağlamak için yüksek molekül ağırlıklı (uzun zincirli) polialkoller kullanılır.Polialkoller polyester, polieter ve akrilik tipte polialkoller olabilir. Poliizosiyanatların en popülerleri aromatik olanlardan MDI (difenilmetan diizosiyanat) ve TDI (toluen diizosiyanat)dır.Toluen diizosiyanatın 2,6-TDI ve 2,4-TDI olmak üzere iki izomeri vardır. Alifatik poliizosiyanatlardan ise poliüretan mastik üretimi için önemli olan IPDI (isophoronediisocyanate)dır .
Poliüretan Mastik üretiminde kullanılan hammaddeler polioller, poliizosiyanatlar, zincir genişleticiler (chain extenders), katalizatörler,solventler, pigmentler, dolgu maddeleri, yapışma artırıcılar (silanlar, titanatlar) ve yardımcı katkılardır. Başlıca global poliüretan hammade ve yardımcı madde üreticileri Bayer, Elastogran, Dow Chemical, Huntsman, Air Products and Chemicals, Incorez ve Borchers firmalarıdır. Türkiyede hammadde konusunda Tekpol A.Ş faaliyet yürütmektedir.
Bugün dünyada mastik konusunda üretim yapan çeşitli firmalar vardır. Bu konuda patent alıp ilk üretim yapanlar arasında Essex Specialty Product Inc. (ABD) bulunur. Essex otomotive sektörüne yönelik ürünler üzerinde çalışmış ve daha sonra Dow firmasına katılmıştır. Önemli Poliüretan Mastik üreticilerinden biri de alman asıllı Sonneborn kardeşler tarafından 1903 yılında ABD'de kurulmuş olan Chemrex firmasıdır. Bu firma Sonneborn ve Sonolastic markaları altında inşaat sektörüne yönelik ürünler üretmiştir. Sonneborn NP1 poliüretan mastik de Chemrex firmasını tarafından çıkartılan bir üründür. Chemrex firması daha sonra Degussa tarafından satın alınmış yakın zamanda da bu bölüm BASF firmasına geçmiştir.
Kürleşme
Poliüretan mastikler kür tipine göre iki çeşittir. Birincisi tek komponentli poliüretan mastiklerdir. Bu tip poliüretan mastikler havanın nemi ile kürleşirler. Kullanıma hazır haldedirler ve direkt olarak uygulanırlar .İkinci tip poliüretan mastikler çift komponentli ya da iki komponentli olarak tanımlanırlar. Buradan da anlaşılacağı üzere iki ayrı kısım olarak bulunurlar.
Tek Komponentli Poliüretan Mastikler
Tek komponentli poliüretan mastikler neme karşı silikon mastiklere göre çok daha hassastırlar ve bunun içindir ki tek komponentli ve havadaki nem ile kürleşen silikon mastikler plastik (yüksek yoğunluklu polietilen) kartuşlarda ambalajlanmalarına karşın tek komponentli poliüretan mastikler alüminyum kartuşlarda veya alüminyum folyo lamine edilmiş sosis şeklinde ambalajlarda saklanırlar. Kartuş ya da sosis ambalaj bir kez açıldığında tamamının en kısa sürede kullanılması gerekir aksi halde bekletilen ürün ambalajı kapatılsa bile kürleşeciğinden tekrar kullanılamaz hale gelir.
Tek komponentli poliüretan mastik üretiminde önce üretan prepolimer üretilir. Prepolimer bir polialkolle bir poliizosiyanat reaksiyona sokularak yapılır. Bu reaksiyonda stokyometrik olarak poliizosiyanatın fazlası kullanılır. Bu fazlalık NCO/OH oranıyla gösterilir. NCO poliizosiyanattaki izosiyanatı OH da polialkoldeki OH grubunu temsil ettiğinden teorik olarak bu oran NCO/OH > 1 olmalıdır.Pratik olarak bu tip prepolimerlerde NCO/OH = 1.8 ile 2.2 arasındadır.
Prepolimer reaksiyonları kapalı sistemlerde azot gazı altında yapılırlar. Reaksiyon başlamadan poliolün içindeki nem yani su 90 ̊ C'de vakum altında uzaklaştırılır .Yan reaksiyonların oluşmaması için reaksiyona sokulmadan önce bir miktar benzoil klorür ve/veya molecular sieve ilave edilir. Prepolimer reaksiyonu 60 ̊ C- 80 ̊ C'de yapılır. Reaksiyon süresi 4 saat ile birkaç gün arasında reaksiyon sıcaklığına,katalizatör miktarına ve reaktanların cinsine göre değişir.Polieter polialkoller kullanıldağında polieter polialkol primer OH grubu (EO etilen oksid) içeriyorsa EO oranı derecesinde reaktivitesi yüksek olur ki bu da reaksiyon süresini azaltır. Çok yüksek EO oranı ise hidrofilik ürün meydana gelmesine neden olacağından dolayı tercih edilmez.Katalizatör olarak genellikle dibütiltin dilorat DBTDL (Dabco T-12) ve kalay oktaat (Dabco T-9) kullanılır.
Tek komponentli poliüretan mastiğin nem ile kürleşme reaksiyonu
Daha sonra prepolimer dolgu,plastifiyan ,katalizatör ve diğer yardımcı maddelerle karıştırılıp mastik haline getirilir. Yapışma ajanı (coupling agent ya da adhesion promotor ) olarak silan kullanılır. Vizkozite artışı silan kaplı silikalarla, polietilen elyaf ve PVC ile sağlanır.
Elde edilen ürün alüminyum kartuşlara veya sosis ambalajlara doldurulur.
Önemli Poliüretan Mastik üreticilerinden biri alman asıllı Sonneborn kardeşler tarafından 1903 yılında ABD'de kurulmuş olan Chemrex firmasıdır. Bu firma Sonneborn markası altında yalıtım ürünleri üretmiştir.
Sonneborn NP1 poliüretan mastik de Chemrex firmasınıa ait bir üründür. Chemrex firması yakın yıllarda Degussa tarafından satın alınmış daha sonra da BASF firmasına geçmiştir.
İki Komponentli Poliüretan Mastikler
İki komponentli poliüretan mastiklerde komponentlerden birincisi poliizosiyanat ya da üretan prepolimerdir. Prepolimerlerin nasıl elde edildiği yukarıdaki bölümde anlatılmıştı. Eğer birinci komponent poliizosiyanat ise ki bu genellikle MDI (difenilmetan diizosiyanat)'dır ikinci komponent yüksek molekül ağırlıklı (uzun zincirli) polialkoldür.Birinci komponentin prepolimer olması durumunda ise ikinci komponent düşük moleküllü bir polialkol veya aromatik poliamin ya da ikisinin karışımıdır.Karıştırma esnasında köpük oluşumunu önlemek için birinci kompenentte hiç nem bulunmamalıdır aksi halde aşırı miktarda CO2 gazı oluşacağından üründe köpük meydana gelir.
Sözedilen iki komponent uygulama sahasında karıştırılıp uygulama yapılır.İki komponentin karışım miktarları hassas bir şekilde kullanılmalıdır.
Kürleşme süresi formülasyona göre değişkenlik gösterir.Çok çabuk kürleşen tipleri olabileceği gibi uzun sürede kürleşen tipleri de olabilir.Uzun sürede kürleşen tipler uygulamacıya bir anlamda kullanım kolaylığı da sağlayabilir.İki komponentli poliüretan mastikler bir kez karıştırıldıktan sonra 1 ila 4 saat arasında çalışma zamanına sahiptirler 24-48 saat arasında tamamen kürleşirler. Satın aldığımız iki komponentli poliüretan mastiğin karıştırıldıktan sonraki kullanım süresini (pot life) bilmemiz çok önemlidir.Aksi takdirde karıştırmış olduğumuz malzeme vizkozite artışından dolayı uygulama bitmeden uygulanamaz hale dönüşebilir.
Derzlerin Uygulanmaya Hazırlanması
Mastiklerin sağlıklı bir şekilde uygulanabilmeleri için öncelikle derzlerin yağ, toz, ve diğer yabancı maddelerden arındırılmaları gerekir. Sıklıkla görülen sorun derz yüzeylerinde çok fazla toz olmasıdır. Bu tozlar özel olarak bu işler için üretilmiş, elektrik süpürgesi prensibi ile çalışan ve vakum üreten küçük elektrikli aparatlar yardımıyla emilip temizleneblir. Emilen tozlar aparatın torbasında toplanır.Böyle bir imkan yoksa kompresör havasıyla tozlar uzaklaştırılabilinir.
Özellikle genleşen beton derzlerde (expansion joint) derinlik fazla olabilir. Burada sarfiyatı azaltmak için derz arkalığı kullanılır. Piyasada ?derz arkalığı? ?derz fitili? olarak da adlandırılır. Bu malzeme derze rahatlıkla yerleşebilecek ve esnek bir malzeme olmalıdır.
Bitüm emdirilmiş süngerler ve çapraz bağlanmış polietilen köpükler (crosslinked polyethylene foam) bu iş için uygundur.
Bu malzemelerin çapı derzimizin genişliğinden fazla olmalıdır.Örneğin
2.5 cm derz genişliğimiz varsa 3 cm çapında bir derz arkalığı kullanabiliriz. Bu tip malzemelerin esnek olmasının iki türlü faydası vardır. Birincisi uygulama rahatlığı ikincisi ise mastiğimiz bu malzemeye yapışsa bile derz elemanlarının hareketlerinde mastiğin ana görevi olan sağa sola esnemesini engellemez, yani mastik derzin çalışmasına rahat uyum sağlar. Aksi takdirde mastik arkadan sert ve sabit bir elemana yapışık kalırsa sağa ve sola hareket yeteneği engellenmiş olur.
Derz arkalığı yerleştirilirken ne kadar derinliğe yerleştirmeliyiz ?
Derz derinliği derz genişliğimizin en az yarısı kadar olmalıdır.
Sarfiyat Hesabı
Burada ülkemizde yaygın olarak kullanılan tek komponentli poliüretan mastik sarfiyat hesabından söz edelim. Poliüretan mastikler ülkemizde büyük çoğunlukla 310 ml kartuşlarda ve 600 ml sosislerde satılmaktadır.
Aşağıda kartuş ve sosis ambalajlar için sarfiyat formülleri varilmiştir.
1- 310 ml kartuş Poliüretan Mastik sarfiyat miktarı hesaplanması.
Formülümüz:
d x h x L x 100
N = --------------------------
310
N= Kartuş adedi
d= derz genişliği (cm)
h= derz derinliği (cm)
L = derz uzunluğu (metre)
Örnek:
2.5 cm genişliğinde ve 1.25 cm derinliğinde toplam 375 metre derzimiz var ve ne kadar adet 310 ml?lik kartuş gerektiğini hesaplayalım :
d= 2.5
h= 1.25
L = 375
2.5 x1.25 x 375 x 100
N= --------------------------------
310
N= 378.02 adet.
2- 600 ml sosis Poliüretan Mastik sarfiyat miktarı hesaplanması.
Formülümüz :
d x h x L x 10.00
N = -------------------------
600
N = 600 ml sosis adedi
d = derz genişliği (cm)
h= derz derinliğ (cm)
L = derz uzunluğu (metre)
Örnek :
2 cm genişliğinde ve 1 cm derinliğinde 400 metre derzimiz için gereken 600 ml sosis ambalaj miktarını hesaplayalım.
d = 2
h = 1
L = 400
2 x 1 x 400 x 100
N = --------------------------------
600
N = 133.33 adet.
Ayrıca Tablo 1'de ve Tablo'2 de 100 metre derz için gerekli 310 ml kartuş ve 600 ml sosis miktarını kolayca görebiliriz.
| 0.5 | 1 | 1.5 | 2 | 2.5 | 3 | |
| 0.5 | 8.06 | 16.13 | 24.19 | 32.26 | 40.32 | 48.39 |
| 1 | 16.13 | 32.26 | 48.39 | 64.51 | 80.65 | 96.77 |
| 1.5 | 24.19 | 48.39 | 72.58 | 96.77 | 120.96 | 145.16 |
| 2 | 32.26 | 64.51 | 96.77 | 129.03 | 162.29 | 193.55 |
| 2.5 | 40.32 | 80.65 | 120.96 | 162.29 | 201.61 | 241.94 |
| 3 | 48.39 | 96.77 | 145.16 | 193.55 | 242 | 290.32 |
100 metre derz uzunluğu için 310 ml kartuş hesaplama tablosu
Tablo 1
En solda düşey sütunda yeşil renkte yazılmış rakamlar derz derinliklerini, en üstteki yatay sütunda yine yeşil renkte yazılmış rakamlar da derz genişliklerini göstermektedir.
Tablodaki diğer rakamlar da kartuş sayılarıdır.
Örneğin derz genişliğimiz 2 cm ve derz derinliğimiz de 1 cm ise
Bunların tekabül ettiği yerde 64.51 rakamını göreceğiz.
Derinliği (cm) Derz Genişliği (cm)
| 0.5 | 1 | 1.5 | 2 | 2.5 | 3 | |
|
0.5 |
4.16 | 8.33 | 12.50 | 16.67 | 20.83 | 25 |
| 1 | 8.33 | 16.67 | 25 | 33.33 | 41.67 | 50 |
| 1.5 | 12.50 | 24.96 | 37.50 | 50.64 | 62.50 | 75 |
| 2 | 16.88 | 33.33 | 50 | 66.67 | 83.33 | 100 |
| 2.5 | 20.83 | 41.66 |
