Polioksimetilen

Asetal poliasetal ve polyformaldehydeolarak da bilinen Polioksimetilen(POM) çok sertlik, az sürtünme ve mükemmel boyutsal kararlılık gerektiren hassas parçalarda kullanılan bir mühendislik termoplastiğidir.
Sertlik, kayganlık, ve boyutların değişmemesini gerektiren küçük parça uygulamalarında çok kullanılır.
Birçok sentetik polimer de olduğu gibi küçük formül farklarıyla Delrin, Kocetal, Ultraform, Celcon, Ramtal, Duracon, Kepital, Polypenco ve Hostaform gibi değişik isimlerle değişik kimyasal madde üreticileri tarafından pazarlanır.
POM yüksek mukavemeti, sertliği ve −40 C'ye kadar sertliği ile karakterizedir. POM çok kristalli bileşimi nedeniyle doğası gereği opak beyazdır ancak tüm renklerde mevcuttur. POM 1.410-1.420 g/cm3 yoğunluğuna sahiptir.
Enjeksiyon kalıplanan POM için tipik uygulamalar küçük dişliler, gözlük çerçeveleri, bilyalı rulmanlar, kayak takımları, bağlantı elemanları, silahlar, bıçak sapları ve kilit sistemleri, kıskaçlar, ney başparesi gibi yüksek performanslı mühendislik bileşenlerini içerir. Bu malzeme otomotiv ve tüketici elektroniği endüstrisinde yaygın olarak kullanılır.
Gelişim
Polioksimetilen, 1953'ü Nobel Kimya Ödülü'nü alan Alman kimyager Hermann Staudinger tarafından keşfedildi. 1920'lerde polimer olarak nitelendirdiği makromoleküller'i araştırırken POM'un polimerizasyon'unu ve yapısını incelemişti. Termostabilite ile ilgili sorunlar nedeniyle, POM o sırada ticarileştirilmedi.
1952 civarında, DuPont'daki araştırma kimyagerleri POM'un bir versiyonunu sentezledi, ve 1956'da şirket homopolimer'in patent koruması için başvuruda bulundu. DuPont, yüksek moleküler ağırlıklı POM'un mucidi olarak R. N. MacDonald'a güvenmektedir. MacDonald ve çalışma arkadaşlarının patentleri, yüksek moleküler ağırlıklı hemiasetal-sonlandırılmış (~O−CH2OH) POM'un hazırlanmasını tarif eder, ancak bunlar ticari olarak uygulanabilir olmak için yeterli ısıl stabiliteye sahip değildir.
Isıya dayanıklı (ve dolayısıyla kullanışlı) bir POM homopolimerinin mucidi, hemiasetal uçların asetik anhidrit ile reaksiyona sokulmasının, kolayca depolimerize olabilen hemiasetali termal olarak kararlı, eriyik işlenebilir bir plastiğe dönüştürdüğünü keşfeden Stephen Dal Nogare'dir.
1960 yılında DuPont, Parkersburg, Batı Virginia'da "Delrin" adlı kendi asetal reçine versiyonunu üretmek için tesisin inşaatını tamamladı. Yine 1960 yılında Celanese kendi araştırmasını tamamladı. Kısa bir süre sonra, Frankfurt firması Hoechst AG ile sınırlı bir ortaklık içinde Kelsterbach, Hessen'de bir fabrika kuruldu; oradan, 1962'den itibaren Celcon üretildi, bir yıl sonra buna Hostaform katıldı. Her ikisi de Celanese himayesinde üretimde kalır ve şimdi 'Hostaform/Celcon POM' olarak adlandırılan bir ürün grubunun parçaları olarak satılmaktadır.
Üretim
POM'un homopolimer ve kopolimer versiyonlarını üretmek için farklı üretim süreçleri kullanılır.
Homopolimer
Polioksimetilen homopolimer yapmak için susuz formaldehit üretilmelidir. Ana yöntem, bir hemiformal oluşturmak için sulu formaldehitin bir alkolle reaksiyona sokulması, hemiformal/su karışımının dehidrasyonu (ya ekstraksiyon veya vakum distilasyonu) ve hemiformali ısıtarak formaldehitin serbest bırakılmasıdır. Formaldehit daha sonra anyonik kataliz ile polimerize edilir ve elde edilen polimer asetik anhidrit ile reaksiyonla stabilize edilir. Üretim süreci nedeniyle, büyük çaplı kesitler belirgin merkez hattı gözenekliliğine sahip olabilir. Tipik bir örnek DuPont'un Delrin'idir.
Kopolimer
Polioksimetilen kopolimer, −CH2O− gruplarının yaklaşık %1-1.5'ini −CH2CH2O− ile değiştirir.
Polioksimetilen kopolimer yapmak için formaldehit genellikle trioksan'a dönüştürülür (özellikle 1,3,5-trioksan, ayrıca trioksin olarak da bilinir). Bu, asit katalizi (sülfürik asit veya asidik iyon değişim reçineleri) ve ardından suyu ve diğer aktif hidrojen içeren maddeleri çıkarmak için damıtma ve/veya ekstraksiyon yoluyla trioksanın saflaştırılmasıyla yapılır. kirlilikler. Tipik kopolimerler, Celanese'den Hostaform ve BASF'den Ultraform'dur.
Ko-monomer tipik olarak dioksolan'dır, ancak etilen oksit de kullanılabilir. Dioksolan, etilen glikol'ün bir asit katalizörü üzerinde sulu formaldehit ile reaksiyona girmesiyle oluşturulur. Diğer dioller de kullanılabilir.
Trioksan ve dioksolan, genellikle boron triflorür eterat, BF3OEt2 olmak üzere bir asit katalizörü kullanılarak polimerleştirilir.
Polimerizasyon, bir polar olmayan solvent içinde (bu durumda polimer bir bulamaç halinde oluşur) veya saf trioksan içinde (örneğin bir ekstrüderde) gerçekleşebilir. Polimerizasyondan sonra, asidik katalizör devre dışı bırakılmalı ve polimer, kararsız uç grupları uzaklaştırmak için eriyik veya çözelti hidrolizi ile stabilize edilmelidir.
Stabil polimer, ısıl ve oksitleyici stabilizatörler ve isteğe bağlı olarak yağlayıcılar ve çeşitli dolgu maddeleri eklenerek eriyik bileşiktir.
Üretme
POM granül halde tedarik edilir ve ısı ve basınç uygulanarak istenilen şekle getirilebilir. Kullanılan en yaygın iki şekillendirme yöntemi enjeksiyonlu kalıplama ve ekstrüzyon'dur. Döner kalıplama ve şişirmeli kalıplama da mümkündür.
Enjeksiyon kalıplı POM için tipik uygulamalar, yüksek performanslı mühendislik bileşenlerini (örneğin dişli çarklar, kayak takımları, yoyo'lar, bağlantı elemanları, kilit sistemleri) 'ni kapsar. Malzeme, otomotiv ve tüketici elektroniği endüstrisinde yaygın olarak kullanılır. Daha çok mekanik tokluk, sertlik veya düşük sürtünme/aşınma özellikleri sunan özel kaliteleri vardır.
POM genellikle sürekli uzunluklarda yuvarlak veya dikdörtgen kesit olarak ekstrüde edilir. Bu bölümler istenilen uzunlukta kesilebilir ve talaşlı imalat için çubuk veya sac olarak satılabilir.
İşleme
Ekstrüde çubuk veya levha olarak tedarik edildiğinde, POM tornalama, frezeleme, delme vb. gibi geleneksel yöntemler kullanılarak işlenebilir. Bu teknikler, üretim ekonomisinin eriyik işleme maliyetini hak etmediği durumlarda en iyi şekilde kullanılır. Malzeme serbest kesimdir, ancak yüksek boşluk açısına sahip keskin aletler gerektirir. Çözünür kesme yağlayıcısının kullanılması gerekli değildir, ancak önerilir.
POM tabakaları, CO2 lazer kesici gibi bir kızılötesi lazer kullanılarak temiz ve doğru bir şekilde kesilebilir.
Malzeme çoğu metalin sertliğinden yoksun olduğundan, iş parçası için hafif sıkma kuvvetleri ve yeterli desteğin kullanılmasına özen gösterilmelidir.
Pek çok polimerde olduğu gibi, işlenmiş POM, özellikle duvar kalınlıklarında büyük farklılıklar olan parçalarda boyutsal olarak kararsız olabilir. Bu tür özelliklerin ör. fileto ekleyerek veya kaburgaları güçlendirerek "tasarlanmış" olması önerilir. Son işlemden önce önceden işlenmiş parçaların tavlanması bir alternatiftir. Genel bir kural, genel olarak, POM'da işlenen küçük bileşenlerin daha az eğrilmeye maruz kalmasıdır.
Hermann Staudinger, 1953