İzosiyanatsız Poliüretan (NIPU)- Polihidroksiüretan (PHU)
Poliüretan ürünler, izosiyanat fonksiyonel gruplarına sahip bir bileşik ile hidroksil fonksiyonel gruplarına sahip diğer bir bileşiğin katılma reaksiyonu sonucu oluşan üretan bağlarıyla elde edilen polimerlerdir. Poliüretan üretiminde kullanılan hammaddelerin temeli petrol bazlı kaynaklara dayanmaktadır. Petrolün kısıtlı kaynak olması ve oluşan fiyat dalgalanmaları nedeniyle bio-temelli poliüretanlar ile ilgili yapılan çalışmalar son yıllarda hız kazanmıştır. Bu konu hakkında daha ayrıntılı bilgi için http://www.evocopolymers.com/blog-detay/bitkisel-yaglardan-biyo-poliol-sentezi/ yazımızı okuyabilirsiniz.
Bio-bazlı poliüretan sentez çalışmalarının yanı sıra, izosiyanat gruplarına sahip ürünlerin toksik olmaları, tükenmekte olan petrol kaynaklarının yerini alabilecek alternatif kaynaklar ve yeni yöntemler bulmak amacıyla, geleneksel izosiyanat bazlı poliüretanlara göre daha çevreci bir yaklaşımla geliştirilen izosiyanatsız poliüretanların (NIPU’ların) diğer bir ifade ile polihidroksiüretanların (PHU’ların) sentezini ve kullanımını kapsayan birçok çalışma yapılmıştır [1-5]. Literatürde yapılan çalışmalarda NIPU’ların farklı sentez yöntemleri bulunmaktadır ve sentez yöntemlerinden biri katılma polimerizasyonudur. Bu yöntemde, siklik karbonat grupları ile amin grupları arasındaki halka açılması reaksiyonu sonucu hidroksipoliüretan gruplarının oluşmasıyla NIPU’lar elde edilmektedir [2]. NIPU’ların sentezinde kullanılan siklik karbonat fonksiyonel bileşiğin ve amin bileşiğin moleküler zincir yapısı, fonksiyonelitesi gibi özellikleri dikkate alınarak istenilen ürün özellikleri sağlanabilir. NIPU’ların katılma polimerizasyonu ile sentezlenmesini konu alan çalışmaların fazlaca olması ve bu yöntemin diğer yöntemlere göre avantajlarının olması nedeniyle, endüstriye uygulaması en uygun yöntem olarak dikkat çekmektedir [1,2].
Çevreci ürünler olan NIPU’ların klasik poliüretan uygulama alanlarının hepsinde kullanılması mümkün değildir, özellikle poliüretan köpük ürünlerin NIPU sentez yöntemiyle elde edilmesinde sınırlandırmalar mevcuttur. Bu nedenle yapılan çalışmalar daha çok NIPU’ların termoset poliüretan sistemler olarak kullanımını sağlamak ve elde edilen sentez ürünlerinin özelliklerini inceleme üzerinedir. NIPU’lar termoset poliüretanlar gibi kaplama, yapıştırıcı, boya ve sızdırmazlık ürünlerinin geliştirilmesinde kullanılmaktadır [1,2]. Literatürde yapılan çalışmalarda NIPU’ların eldesinde klasik poliüretanlara göre yan reaksiyon yapılarının oluşmaması, neme duyarlılığın azalması gibi etkilerle NIPU’ların daha iyi mekanik ve fiziksel özellikler sergiledikleri belirlenmiştir [1,2].
NIPU’ların termoset polimerler olarak kullanımları da geleneksel poliüretanlara göre sınırlıdır. Bunun sebebi siklik karbonat fonksiyonel grupların düşük reaktivitesi, sentez için yüksek sıcaklıkların (oda koşullarından daha yüksek sıcaklıklar) gerekmesi ve oluşan polimerlerin moleküler ağırlıklarının düşük yani sınırlı olmasıdır [3-5]. Literatürde NIPU’ların sentezi için, siklik karbonat ve amin fonksiyonel grupları arasında gerçekleşen reaksiyonun kinetiği üzerinde araştırmalar yapılmıştır. NIPU’ların sentezinde reaksiyon verimini etkileyen temel etkenler, kullanılan reaktanların moleküler yapıları ve başlangıç konsantrasyonlarıdır. Bununla birlikte literatürde yapılan çalışmalar ile reaksiyon kinetiği üzerinde çözücünün, katalistin ve sıcaklığın etkisi incelenmiştir [2-4].
NIPU’lar yenilikçi sentez metodlarıyla elde edilen ve kullanım potansiyeline sahip çevreci ürünlerdir. Yukarıda bahsedilen sınırlandırmaların üstesinden gelmek amacıyla alternatif ham maddeler, fonksiyonel bileşikler, sentez metodları ve daha aktif katalistlerin geliştirilmesi ile ileride NIPU’ların kullanımının yaygınlaşması mümkündür.
Referanslar
[1] Rokicki, G., Parzuchowski, P. G., & Mazurek, M. (2015). Non‐isocyanate polyurethanes: synthesis, properties, and applications. Polymers for Advanced Technologies, 26(7), 707-761.
[2] Kathalewar, M. S., Joshi, P. B., Sabnis, A. S., & Malshe, V. C. (2013). Non-isocyanate polyurethanes: from chemistry to applications. Rsc Advances, 3(13), 4110-4129.
[3] Maisonneuve, L., Lamarzelle, O., Rix, E., Grau, E., & Cramail, H. (2015). Isocyanate-free routes to polyurethanes and poly (hydroxy urethane) s. Chemical reviews, 115(22), 12407-12439.
[4] Lambeth, R. H., & Henderson, T. J. (2013). Organocatalytic synthesis of (poly) hydroxyurethanes from cyclic carbonates and amines. Polymer, 54(21), 5568-5573.
[5] Blain, M., Cornille, A., Boutevin, B., Auvergne, R., Benazet, D., Andrioletti, B., & Caillol, S. (2017). Hydrogen bonds prevent obtaining high molar mass PHU s. Journal of Applied Polymer Science, 134(45), 44958.
Yazarlar : Eser Bingöl Tarih: Ekim 2022
