Vulkanizasyon

Araba lastiği kaplaması yapılan bir Vulkanizasyon atölyesi.

Vulkanizasyon 1839’da Charles Goodyear tarafından kefşedilen bir kimyasal-teknik yöntemidir. Bu yöntem kauçuğun ya da benzer polimerlerin, kükürt veya diğer eşdeğer kükürtleyicilerin ilavesiyle daha dayanıklı malzemelere dönüştürülmesi işlemidir.

Yöntemi

Kükürt ile (n = 0, 1, 2, 3 ...) vulkanizasyona girmiş iki poliizopren zincirinin (Mavi veYeşil ile gösterilmiş kısımlar) şematik sunumu ve Sülfür köprüleriyle bağlantıları.

Vulkanizasyon işlemi için ham kauçuk, kükürt ya da bileşiminde Kükürt içeren dikükürt klorid kullanılmaktadır. Bunun yanı sıra tepkimenin hızını artırmak için katalizatör olarak 2-merkaptobenzotiyazol ya da tetrametil tiuram disülfit kullanılmaktadır. Aynı zamanda başka alternatif katalizatörler olan çinko oksit ve yağ asitleri de bu yöntemde kullanılmaktadır. Bu kimyasal maddeler dolgu maddesi ile beraber ısıtılır.^[1] Günümüzde bu işlemde genel itibarıyla % 1,8 -2,5 arasında kükürt kullanılır^[2] ve bunun yanı sıra bu işlemin yapıldığı sıcaklığada dikkat etmelidir. Bu yöntemde işlemin sorunsuzca yürümesi için sıcaklık 120 bis 160 °C arısında olmalıdır. Burada uzun zincirlere sahip Kaukçuk molekülleri kükürdün oluşturduğu köprüler diğer bir değişle Sülfür köprüleri sayesine ağ oluştururlar. Bu işlemle kauçuğun, sahip olduğu plastiğe benzeyen özelliklerini kaybeder. Örneğim kullanılan kauçuk karışımı bu işlemin orta safhalarında plastik özelliğini kaybederek daha esnek bir hale gelir ve elastik özellikler kazanır.^[3]

Bu yöntemle üretilen lastiklerde kullanılan materyale göre daha uzun süreli özellikler göstermektedirler. Örneğim bu kimyasal reyaksiyon sonucunda ortaya çıkan madde parçalanmalara karşı daha dayanıklı, daha esnek ve olumsuz hava şartlarına karşı daha dirençlidir. Bunun yanında fiziksel etkiler karşısında ve çok dayanıklı olup bu etkilerin ortadan kalkması sonucunda önceki hallerine geri dönerler.

Bu maddelerin esnekliği üretim esnasında oluşan kükürt köprülerine bağlıdır. Üretim esnasında ne kadar kükürt köprüsü oluşmuşsa oluşan madde okadar esnek olur. Bu yüzden üretilen maddenin esnekliği dolaylı olarak üretim esnasında kullanılan kükürdün miktarına ve vulkanizasyon işleminin uygulanma süresine bağlıdır.

Bu lastiğin eskimesiyle sülfür köprüleri yerine oksijen köprüleri alır. Eskimeyle oluşan bu değişiklikleri ürünün yapısındaki gözle görülebilen değişiklerle de gözlenebilir. Eskimiş lastik yüzeyinde gözenekler gözükür ve hassas olur.

Vulkanizasyonda kullanılan kükürt köprüleri oluşturma gibi klasik yöntemlerin yanı sıra başka yöntemler de kullanılmaktadır. Burada kauçuk molekülleri arasında bağlantılar sağlamak üzere peroksitler, metal oksitler ya da enerjice zengin olan ışınımlar kullanılmaktadır. Vulkanizasyon işleminin kükürtle yapılanı kullanılan maddenin, burada kauçuğun, yapısında çift bağların bulunmasıyla mümkündür. Bazı kauçuk türlerinin yapılarında çift bağ bulunmadığından dolayı kükürtle volkanizasyon işlemine tabi tutulması mümkün değildir. Bu yüzden bu tür kauçuklarda vulkanizasyon işlemi sırasında kükürt yerine metal oksitler kullanılmaktadır. Buna örnek olarak daha çok otomobil sektöründe yalıtım için kullanılan ve bir tür sentetik madde olan kloropren kauçuğu gösterebiliriz. Dibutilamin gibi maddeler bu yöntemle yapılan vulkanizasyon işlemlerin hızını artırıcı özelliğine sahiptirler. Bunun yanında vulkanizasyon işleminin aşamaları vulkanmeter denilen ölçü aracılığıyla test edilip görsel olarak belgelendirilebilir.

Kloropren kauçukların vulkanizasyon işleminde daha çok MgO, ZnO ve bazende PbO gibi metal oksitler kullanılmaktadır. Buna ek olarak bu işlem esnasında kullanılan diğer maddeler ortamın ısısına etki etmektedir, ki bu işlemde sıcaklık kauçuk moleküllerinin bağlantılar oluşturabilmesi için önemlidir. Bu yüzden burada kullanılan maddeler tepkimenin hızını artıracak olan katalisatörler için belirleyici olmaktadır. Bundan dolayı kloropren Kauçuk vulaknizasyonlarında eğer katışaltırma yapılacak ise geleneksel hızlandırıcılar kullanılması katılaştırma işlemi sırasında sorun çıkarır. İşte bu tür olumsuz etkilerin önüne geçmek için bu tür vulkanizasyon işlemlerinde ETU olarak kısaltılan etilen tiyoüre kullanılmaktadır. Bu madde polikloropren gibi maddelerin sertleşmesinde kullanılan en iyi madde olmasına rağmen, insanların üreme sistemi üzerinde olumsuz etki yapan maddeler kategorisini alınmıştır. Bu yüzden Avrupa'daki kauçuk alanında faaliyet gösteren firmalar daha güvenilir ve bu maddeye alternatif olabilecek maddeler bulmak için çeşitli araştırma projelerinin başlatılmasına öncü olmuşlardır.

Kaynakça

1. M. D. Lechner, K. Gehrke und E. H. Nordmeier: Makromolekulare Chemie, 4. Auflage, Birkhäuser Verlag, 2010, S. 485, ISBN 978-3-7643-8890-4.
2. Karlheinz Biederbick: Kunststoffe, Vogel-Verlag, 4. Auflage, 1977, S. 82, ISBN 3-8023-0010-6.
3. Joachim Buddrus: Grundlagen der Organischen Chemie, Walter de Gruyter Verlag, Berlin, 4. Auflage, 2011, S. 897, ISBN 978-3-11-024894-4.