Kauçuk imalatında Kükürt’ün önemi

ilişkili haberler

Kira beyannamesinde son gün 5 Nisan

3 hafta önce

Güney Kore çeliğine damping davası

4 hafta önce

Tarım sektörüne 50 milyon dolar kredi

4 hafta önce

Kükürt; kauçuk kimyasallarında pişiriciler kategorisinde bulunmaktadır. Kauçuk hamurunda toz ve yağlı kükürt kullanılır. Saf olmadığı için sıvı kükürt kullanılmaz.
Ham kauçuk, birbirlerine bağlı olmayan uzun moleküllü polimer zincirlerinden oluşur. Bir polimer zinciri, yüz bin adetlerle ölçülen çok sayıda monomer tabir edilen ufak moleküllü kimyasal maddelerin birleşmesi ile elde edilir. Polimer kimyası monomerlerden hareket ederek çok değişik özelliklerde polimerlerin elde edilmesini kendine konu alan bir bilim dalıdır. Ham kauçuğu oluşturan polimer zincirleri birbirlerinden bağımsız yapıda oldukları için bir kuvvet tatbik edildiği takdirde birbirleri üzeriden kayabilirler. Bu durum ham kauçuğun çekme, yırtılma, abrazyon gibi mekanik özelliklerinin çok düşük olması sonucunu doğurur. Bu yüzden ham kauçuk direkt kullanıma elverişli bir malzeme değildir. 1839 da Charles Goodyear birbirleri üzerinden kayabilen bu polimer zincirlerinin birbirlerine kükürt bağları ile bağlanabileceğini keşfetti. Daha sonra kükürt tarafından polimer zincirleri arasında oluşturulan bu bağlar çapraz bağ olarak tabir edildi. Çapraz bağları oluşturma işlemine de vulkanizasyon denildi.

ÇAPRAZ BAĞ YOĞUNLUĞU

Polimer zincirlerini bağlayan çapraz bağların sayısı arttıkça ortaya çıkan yapı daha sağlam olduğu için sertlik, kopma, yırtılma gibi değerler hızla yükselir. Bu yüzden birim kütle veya birim hacim ( 1 cc ) içindeki çapraz bağ adedi, lastiğin sağlamlığını tayin eden en önemli parametredir. Bu parametreye çapraz bağ yoğunluğu tabir edilir. Çapraz bağ yoğunluğu arttıkça lastik sertleşir fakat esnekliğini kaybeder; uzaması azalır, modülüsü yükselir. Çapraz bağ yoğunluğu çok yükselen lastik sonunda esnekliğini tamamen kaybederek ebonitleşir. Bu nedenle lastik ürünleri seyrek çapraz bağlar ile bağlanmış ürünler olarak tanımlanır. Vulkanizasyon ile oluşturulan çapraz bağlar ne sağlamlık zaafı yaratacak kadar az, ne de esneklik kaybettirecek kadar çok olmamalıdır.

MONO VE POLİ-SÜLFİDİK YAPI; Moore Parametresi

Çapraz bağlar mono-sülfidik veya poli-sülfidik yapıda oluşabilir. MONO yapı tek kükürt atomundan oluşan bir bağı, POLİ yapı ise birden fazla sayıdaki kükürt atomundan oluşan bir bağı tanımlar. Kükürt molekülü 8 atomlu (S 8) halka şeklindedir.

Akseleratörler bu halkayı açarak aktive ederler ve bu molekülün kauçuk polimerinin zincirleri üzerine transfer olmasını sağlarlar. Kauçuk polimerine transfer olan kükürdün bir çoğu, çok atomlu kükürt köprüleri oluşturarak polimer zincirlerini birbirine çapraz bağlar.

Ancak bazıları ise köprü oluşturamadan sadece polimer zincirlerine bağlanırlar. Bu son duruma sülfürizasyon denilir. Sülfürizasyon, vulkanizasyon için işlevsizdir; üstelik kolay oksidasyona sebep olduğu için de zararlıdır. Bir kükürt köprüsündeki kükürt sayısı arttıkça köprünün sağlamlığı azalır. Bu nedenle muhtelif formülasyon teknikleri ile mono yapıdaki kükürt köprülerini oluşturmak önem kazanır. Ancak kükürt molekülünün 8 atomlu olmasından dolayı genelde poli yapı hakim olur. Bu da özellikle yaşlanmayı ve reversiyonu hızlandırır.

ÇAPRAZ BAĞLANMA ( VULKANİZASYON ) KOŞULLARI;

Çapraz bağ oluşumunu, akseleratör ve aktivatör tabir edilen maddeler ile sıcaklık ve zaman, daha açık ifade ile vulkanizasyonun zaman içindeki ısı profili veya ısı tarihçesi etkiler. Bunlar olmadan kükürdün tek başına çapraz bağ oluşturması pratikte mümkün değildir. Sadece sıcaklık ve kükürt ile vulkanizasyon çok uzun zamanda ( 3-5 saatte ) sağlanabilinir. Çapraz bağların etkin bir şekilde oluşabilmesi için KÜKÜRDÜN ÇOK İYİ DİSPERSE OLMASI ve İNCE TANECİKLİ OLMASI DA GEREKLİDİR. Nihai mamul özelliklerini en üst düzeyde etkileyen unsur kükürdün HOMOJEN bir biçimde iyi dispersiyonudur. Kükürt; konvansiyonel, yarı etkin ve etkin vulkanizasyon sistemlerinde 0.5 Phr ile 4 Phr arasında değişen miktarlarda kullanılabilir. Kükürdün reçetedeki dozajı, reçetenin diğer bölümleri ile birlikte ele alınması gerekli önemli bir reçete tasarım işidir.

SKORÇ VEYA ERKEN KAVRULMA;

Skorç, kükürt çapraz bağlarının üretim esnasında istenilenden daha erken oluşmaya başlamasıdır. Genelde kükürt, kauçuk hamuruna bütün diğer girdilerden sonra katılır. Kauçuk karışımına kükürdün en son katılmasının amacı, daha önceki karıştırma işlemleri ile ortaya çıkan ısıdan dolayı hamurda çapraz bağların erken oluşmasına ( erken pişmesine ) mani olmaktır. Kükürt katma anında, kauçuk hamuru bütün dolgu ve sair katkılar ile yüklenmiş olduğu için, Mooney cinsinden viskozitesi çok yükselmiştir ve bu nedenle karıştırılması çok fazla enerji gerektirir. Bu yüksek karıştırma enerjisi hamurun sıcaklığını yükselterek, kükürdün karışıma katılması ile birlikte hamuru hızla pişmeye götürür. Kükürt katılma anı hamurun en tehlikeli halidir. Bütün erken pişme, kavrulma veya “scorch” olayları hamurun bu konumunun uzaması ile ortaya çıkar. İşte bu nedenle, kükürt katılmasının çok çabuk olması ve katma sırasında sıcaklığın yükselmemesi istenir. Bütün bunların olabilmesi ise, kullanılan kükürt çeşidinin çok kolay disperse edilebilecek yapıda olmasına ve dolguları yedikten sonra Mooney viskozitesi iyice yükselmiş hamurun viskozitesinin tekrar düşürülebilmesine ve soğutulmuş olmasına bağlıdır.

FONKSİYONEL KÜKÜRT KULLANIMI;

Kükürdün vulkanizasyondaki görevi son derece kritik temel bir işlevdir. Akseleratörler ve aktivatörler gibi tüm diğer katkıların işlevleri aslında kükürdün temel işlevini daha iyi yapabilmesi için yardımcı mahiyettedir. Kendinden onlarca defa daha pahalı katkılar ile reaksiyona sokulmaya çalışılan ve kendinden yüzlerce defa daha değerli bir hamurun niteliğini temelden belirleyen kükürdün, önemsenmeyip bir ilkel kommodite olarak en ucuz ilkel cinsinin kullanılması geleneksel lastik sanayinde sık rastlanılan ilginç ( ! ) bir uygulamadır. Toz kükürt gibi kommoditeler, lastik işletmelerinin sadece girdi ucuzluğu gözetilen “geleneksel yönetim” aşamasında kullanılan girdilerdir. İşletmeler toplam kalite yönetimi anlayışını benimseyip, daha ileri aşamalar olan “müşteriye odaklanma” ve “süreç iyileştirme” aşamalarına geçtikçe, kommoditeleri terk edip iş süreçlerini iyileştiren fonksiyonel kimyasallara yönelirler. İşte bu aşamada kommodite toz kükürt terk edilip fonksiyonel kükürtler (kauçukta pre disperse granüller gibi) kullanılmaya başlanılır. Lastik sanayinde çok kritik bir fonksiyonu olan kükürdün çok titizlikle seçilmesi gerekli bir girdi olarak görülmesi ve buna göre fonksiyonlarının lastik sanayinin iş süreçleri gözetilerek tasarlanması gereklidir.

Kaucukdergisi.com