POLYESTER LİFİ, ELDESİ, ÇEŞİTLERİ VE ÖZELLİKLERİ

1.1.Polyesterin Tarihçesi

J.R.Whinfield ve J.T.Dickson  1939-1941 yılları arasında tereftalik asit ve etilenglikolün kondenzasyonu sonucu polietilen tereftalatı bulmuşlar ve bundan da polyester lifini üretmişlerdir. 2.Dünya savaşından sonra İngiltere’de I.C.I. firması Terylene ve Amerika’da Du-Pont firması Dacron lifini ilk ticari polyester lifi olarak piyasaya sürmüşlerdir.1950’li yıllardan sonra polyester lifi üretiminde büyük artışlar olmuş ve polyesterin modifiye edilmesi sonucu diğer çeşit lif türleri üretimi de hız kazanmıştır. 1960’lı yıllardan sonra yapılan bütün çalışmalar, polyesterin boyanması için gerekli boyarmadde, yeni boyama teknikleri,yardımcı kimyasal maddeler ve yeni modifiye polyester lifleri bulmak için yoğunlaştırılmıştır.

Polyester lif üretimi ile ilgili teknolojilerin artmasıyla ile birlikte dünya çapında gözle görülebilir bir üretim artışı yaşanmış ve uygulama alanında yünle karıştırılmaya en elverişli niteliklere sahip polyester lifleri, sentetik lifler arasında en çok üretilen ve tüketilen lifler arasında yerini almıştır.Polyester lifleri diğer liflerle yapılan karışımlara çok iyi uyum sağlamakta ve özellikle de pamuk, yün, viskos rayon ile çok iyi sonuçlar vermektedir.Bu karışımlardan elde edilen ürünler mükemmel özellikler veren popüler ürünler olarak karşımıza çıkmaktadır.

Bütün bu iyi özelliklerin yanısıra; polyester lifinin sahip olduğu tutum ve kabarıklığın yün kadar iyi olmaması, yüksek derecede boncuklaşma eğiliminde olması, boyama ve baskı uygulamalarında parlak-derin koyuluktaki renklerin ve iyi derecede haslıkların elde edilebilmesi için yüksek derecede sıcaklık gerektirmesi polyester içeren mamüllerin üretimi sırasında karşımıza çıkan zorluklardır.

1.2.Polyester Lifinin Eldesi

Kimyasal olarak, polietilen tereftalatı elde etmenin en basit yolu tereftalik asit ile monoetilenglikol’ün direk reaksiyonu ve bunu takiben monomer (beta hidroksietil tereftalat)’ın polikondenzasyonudur. Kondenzasyon, her iki komponentin kendileri ile reaksiyon vermeyen bir çözücü ortamında, klorlu suyun katalizörlüğü altında ısıtılması ile meydana gelir. Polikondensat, beyaz renkli olup 256^oC ‘de erir. Molekül ağırlığı 8000-10000’dir. Poliamid elyaf gibi erimiş kütlenin başlıklardan püskürtülmesinden sonra çekilerek uzatılmasıyla elde edilir.

Polietilen glikol tereftalat molekülü simetrik olduğu için kristalleşme yeteneği çok fazladır.Bunun sonucu olarak özgül ağırlığı 1,4 olan çok sıkışık yapı meydana gelir.Bu sıkışık yapı moleküller arasındaki Van der Walls ve Dipol kuvvetlerinin etkisinin artmasına, bu da elyafın çok sağlam, erime noktasının çok yüksek olmasına neden olur.

Elyafın daha hidrofil olup daha kolay boyanabilmesi için polyester, kristalleşme gücüne zarar vermeyen poliglikol karıştırılması araştırılmıştır. Poliglikol, elyafın sadece amorf bölgelerinde yer alır. Böylece elyafın hidrofilliği ve boyanma yeteneği artmış, erime noktası ise sadece 2^oC düşmüştür.

Polietilen tereftalat ve tereftalik asit ise taş kömürü katranından veya petrol ürünlerinden üretilir. Son zamanlarda petrol ürünlerinden daha çok yararlanılmaktadır. Bu bakımdan polietilen tereftalat petro kimyanın önemli bir ürünü olmuştur. Günümüzde polyester lifleri pek çok ülkede değişik ticari isimlerle üretilmektedir. Örneğin İngiltere’de Terylene’den başka Trevira, Terlanka, A.B.D.’de Dacron’dan sonra Fostel, Almanya’da Diolen ve Trevira, İtalya’da Terital, Fransa’da Tergal, Hollanda’da Terlanka, Japonya’da Tetoran ve Türkiye’de Perilen ...gibi .Bu durum polyester grubunda yer alan liflerin genel bir isim altında tanımlanmasını gerektirmiş ve A.B.D. Federal Ticaret Komisyonu'nun önerisi benimsenerek “polyester lifleri” diye adlandırılması uygun görülmüştür.

Polyester lifleri kimyasal yapıları yönünden incelenecek olursa üç grup altında toplanabilir :

1.Polyethylene terephthalate (PET) lifleri

2.Poly-1.4-cyclolchexylene-dimethylene terephthalate (PCDT) lifleri

3.Yeni polyester lifleri

1.3.Polyester Lifinin Özellikleri

Polyester, ısı ile şekil almaya çok müsait, deformasyondan sonra eski halini alabilen bir liftir. Ayrıca polyester liflerinin yüzeyi pürüzsüz olup mukavemetleri üretim şekillerine göre değişir. Standart filament liflerde uzama  15-30 , stapel liflerde ise  30-50 arasında değişir. Inital modülleri oldukça yüksektir. Germeye karşı da direnç gösterirler. Polyester liflerinin aşınma özellikleri de yüksektir. Bu yüzden doğal liflerle karıştırılınca mamüllerin aşınma yetenekleri arttırılır. Bu lifler az miktarda su absorbe ederler ve rutubet, liflerin mukavemetine ve uzamalarına etki etmez. Kaynayan suda veya sıcak buharda tutulursa, polimer hidrolize olmaya başlayacağından fiziksel özelliklerinde yavaş yavaş bozulma gösterir. Ancak sıcaklığın etkisi uzun süre devam ettiğinde diğer birçok kimyasal ve bazı doğal liflere nazaran  daha az etkilendiği görülür.

Polyesterin yumuşama noktası 260^oC olup, 180^oC de normal şartlarda ki mukavemetinin yarısına sahiptir. Genellikle güç tutuşur. Life tatbik edilen alev, erimesine sebep olur ve yumuşak bir alevle yanar, sert bir madde haline dönüşür. Polyester gün ışığına karşı da dayanıklıdır.

Yoğun asitlere (oksitleyici olmadıkça), seyreltik alkalilere (soğuk), hidrokarbonlara ve adi organik solventlere karşı nisbeten duyarsızdır.

            1.4. Polyesterin Boyanması

Polyesterin en önemli problemlerinden biri boyanmasındaki güçlüktür. Lifler sıkı bir moleküler üstü yapıya sahiptir. Kristalin bölge, amorf  bölgeden daha fazladır.Yapının sıkı olması nedeniyle boyarmaddenin girmesi zordur. Yaklaşık olarak 70-80^oC civarındaki camlaşma noktası aşıldığında, liflerin amorf bölgelerinde yerleşmiş bulunan polietilen tereftalat makromoleküllerinde yalnızca etilen gruplarının hareketlilik kazanmaya başlamaları, daha büyük ve etkili olan benzen halkalarının ise ancak 110-120^oC üzerinde ki sıcaklıklarda hareketlilik kazanmaları nedeniyle, polyester liflerinin standart kaynar flottelerle yeterli koyulukta boyanmaları mümkün olamamaktadır. Yapısında hidrofillik sağlayabilecek gruplar bulundurmadığı için hidrofob bir yapıya sahiptir. Liflerin yapısında boyarmaddenin bağlanabileceği anyonaktif veya katyonaktif bölgeler de bulunmamaktadır. Bütün bu zorlukları yenmek için polyester lifleri ısı, basınç ve yardımcı madde faktörlerini kullanarak şu koşullarda boyanabilmektedir :

•     Uzun flottede, kaynama temperatüründe,carrier denilen difüzyon hızlandırıcı yardımcı maddeler kullanarak boyama,
•     HT koşullarında ısı ve basınç faktörlerini kullanarak boyama,
•     Termosol yöntemine göre yüksek ısılarda boyama.

Polyester liflerinin bu yöntemlere göre boyanması zor ve özel dikkat isteyen işlemlerdir.

Boyama işlemi şu ana adımlardan oluşur:

•     Lif yüzeyine boya difüzyonu
•     Boyanın lif üzerine absorpsiyonu
•     Boyanın lif yüzeyinden lif içine difüzyonu

Boyanabilirliği arttırmak için lif üzerine olan boya difüzyon oranının artırılması gerekir. Lif üzerindeki difüzyon oranını arttırmak için ise :

•     Boyama sıcaklığının artırılması,
•     Boya flottesi içine carrier ilavesi,
•     Kısa zamanda uygulanan termofiksesi
•     100^oC üzerinde yaş buharla işleme tabi tutulması gerekir.

Boyama işlemi boya moleküllerinin boya banyosu içinde çözünerek bu banyo içerisinde bulunan materyal üzerine transferi ile gerçekleşir. Bu prosesin sonunda lifler eşit şekilde boyanmış ve istenilen renk, arzu edilen haslık dereceleri ile elde edilmiştir. Boyama kondisyonu en ekonomik olan şartlar seçilir. Bu tür boya transferi, ortamda bulunan enerjide ki azalma sonucu kendiliğinden olur ve absorpsiyon için bir güç sağlar. Lif üzerine boya absorpsiyonu geniş anlamda lifin fiziksel ve kimyasal yapısına bağlıdır.

2.MODİFİYE POLYESTERLER

2.1.Modifiye Polyesterlerin Gelişimi

İlk defa 1950’lerde dünya pazarına giren polyester lifleri mükemmel özelliklerinden dolayı büyük ilgi gördü ve üretimi hızlı bir şekilde arttı. İplik geliştirildikçe kullanım alanları genişledi ve yeni gelişmeler için talepler ortaya çıktı. Bunları karşılayabilmek için çeşitli araştırmalar ve geliştirme çabaları yapıldı ve birçok ürün elde edildi. Böylece modifiye edilmiş polyester lifleri ticari olarak piyasaya girdi ve büyük rağbet gördü. Çünkü bu lifler normal yola üretilen PET’e göre, geliştirilmiş proses ve performans özellikleri sergilemektedir.

Polietilen tereftalat’tan meydana gelen polyesterler; düşük su absorbe kapasitesi, yüksek boncuklaşma eğilimi ve zor boyanabilme gibi özelliklerinden dolayı modifiye edilirler. Modifiye edilmiş polyester lifleri bütün bu ihtiyaçları karşılar. Fakat bir takım özellikleri kazanırken diğer taraftan bir takım dezavantajları beraberinde getirdiği unutulmamalıdır.

Yeni modifiye edilmiş polyesterler halen gelişimini sürdürmekte ve ticari olarak kabul görmektedirler. Her geçen gün değişik fiziksel ve kimyasal yollarla modifiye edilmiş polyester çeşitleri için çok sayıda patent başvuruları olmaktadır. Bunlara örnek olarak;

boncuklaşma eğilimi azaltılmış, alev alması azaltılmış, antistatik özellikleri geliştirilmiş, çekmesi kontrol altına alınmış ve boyanma kabiliyeti geliştirilmiş polyesterler gösterilebilir. Bu ürünlerin arasında en başarılı örneklerden biri,  katyonik  boyanabilen polyester elyafıdır.Bunun mükemmel ve geniş kapsamlı bir patenti Du-Pont’un elinde bulunmaktadır ve birçok polyester üreticisi tarafından üretimine devam edilmektedir.

Günümüzde kullanım alanı çeşitliliği sağlamak amacıyla, polyester elyafının tek başına kullanılmasının yanı sıra, tek elyafın avantajlarından daha fazla avantaja sahip, özel kompozit malzemelerin kullanılması için olan talepler gitgide artmaktadır.

2.2. Polyester Modifikasyonları

 Polyester modifikasyonu lif üretimi esnasında ya da lif üretiminden sonra yapılabilir. Modifikasyonun amacı; life yeni özellikler kazandırmak ve bazı negatif lif karakterlerini değiştirmektir.Polyester liflerinin modifikasyonlarını üç ana grupta toplarsak;

1. Fiziksel modifikasyon

2. Kimyasal modifikasyon

3. Fiziksel + kimyasal modifikasyon

Fiziksel modifikasyon genellikle lifleri çekme veya büzüştürme yöntemi ile yapılır.Fiziksel modifikasyon ile şunları elde edebiliriz :

•     Makro moleküllerin oryantasyonu
•     Kristalin kısımların oryantasyonu
•     Kristalinitenin değişimi

Kimyasal modifikasyonları ise şu şekilde sınıflandırabiliriz :

1) Tek komponentli sistemler

•     Moleküller ağırlık,uç grupların yoğunluğu
•     Uç grupların modifikasyonu
•     Çok komponentli sistemler

2)  Copolimerler

•    Statik copolimerler
•    Blok copolimerler
•    Dallanmış,aşı copolimerler

3) Polimer karışımları

•     Moleküler karışım polimerleri
•    Bikomponent lifleri

4) Pigmentleme sistemleri

•    Boyarmadde pigmentlemesi
•    Diğer karakteristiklerin pigmentlenmesi

Polyester elyafa uygulanan modifikasyon, absorpsiyon kapasitesinin geliştirilmesine yol açar. Bu,kimyasal ve fiziksel modifikasyon için de geçerli bir kuraldır. PES liflerinin absorpsiyon özellikleri aşağıda verilen basit metotlarla ve uygun kombinasyonlarla geliştirilebilir:

•    Polimer segmentlerinin yer değiştirmesinin artırılması ile ,
•    Amorf bölge yapısının genişletilmesi ile ,
•    Kristalin ve amorf  bölge arasındaki sıklık değişiminin artırılması ile ,
•    Lif içinde delikler ve mikro parmaklıklar oluşturarak ,
•    Lif içersinde amorf bölge oranının artırılması ile ,
•    Amorf bölgenin oriyantasyonunun azaltılması ile .

2.3. Boyanma Yeteneği Geliştirilmiş Polyesterler

Polyesterin boyanma zorluklarını yenmek, daha kolay boyanabilir özellikte lif elde etmek ve bunların sonucunda polyester lif talebini daha fazla artırmak için kimyasal lif üreticilerinin geliştirme çabaları sonucu yeni polyester lifleri gündeme gelmiştir. Bunun için iki temel olanak bulunmaktadır. Bunlardan biri, düşük temperatürlerde boyanabilen lifler üretmek diğeri de kimyasal enerjiden yararlanarak lifin boyanabilirliğini arttırmaktır. İkinci olanak üzerine çalışmalar, dünyanın belli başlı araştırma merkezlerinde sürdürülmektedir.

Birinci olanak ise lif üreten firmalar tarafından düşünülmüş ve ;

•     Dispersiyon boyarmaddeleri ile kaynama temperatüründe yardımcı malzemesiz boyanabilen polyester lifleri
•     Liflere anyonik karakter kazandırarak katyonik boyarmaddeler ile boyanabilen polyester lifleri
•      Liflere katyonik karakter kazandırarak anyonik boyarmaddeler ile boyanabilen polyester lifleri piyasa sürülmüştür.

 Polyesterin boyanabilirliğinin artırılması için lif üretiminde etilenglikol ve tereftalik asit yanında başka monomerlerin de kullanılması söz konusudur. Lif üretiminden sonra ise çeşitli işlemlerle lifin esas yapısını değiştirmeden boyanabilirliğini artırmak ve yapıya boyarmaddelerin bağlanabileceği fonksiyonel gruplar da katmak mümkündür.

Boyama özelliğinin artırılması boyarmadde sınıfına göre düşünüldüğünde ;

1) Anyonik boyarmaddelere karşı afinitenin arttırıldığı PET lifleri:

•     Ester oluşturabilecek gruplar içeren azot atomlu organik monomerlerin kullanılması.
•     Esas yapıya bazik gruplar içeren blokların katılması,örneğin poliamidler, aminler,  polyesterle 70/30 karışım.

2) Katyonik (bazik) boyarmaddelere karşı afinitenin arttırıldığı PET lifleri :

            Polyester liflerinin katyonik boyarmaddelerle boyanabilir hale gelmesi 1955 yılından beri bilinmektedir. Bu amaç için kullanılan önemli maddeler;

•      Sülfanlar,sülfan asidi esterleri
•      Sülfonlar
•      Sülfinatlar
•      Fosfonat veya fosfinat grubu içeren bileşikler

3) Dispersiyon (noniyonik) boyarmaddelere karşı afinitenin arttırıldığı PET lifleri:

Katyonik boyarmaddelere karşı afinite sağlanırken dispersiyon boyarmaddelerine karşı da afinite  artmaktadır.