PVC’nin gerçek hikayesi - Bölüm 2

VCM’den PVC üretimi

Polivinil klorür (PVC) ilk defa 1927 yılında ticari olarak üretilebilmiştir. Malzeme yumuşak bir malzeme değildir. Bu nedenden dolayı PVC’den bir ürün üretilmesi, ancak plastifiyan (plasticizer) adı verilen katkı maddelerinin eklenmesi ile gerçekleştirilebilmektedir. Yoğunluğu 1,35 g/cm³ olmakla beraber; polimer zincirlerinin uzunluğu K değeri adı verilen fiziksel bir değer ile belirtilir. Bu değer PVC hammaddelerinin çeşitlerini ayırmak için kullanılmaktadır. Günümüzde boru ve boru aksamlarında, profil ve ince borularda, film ve levhalarda, tel, kablo ve şişe üretiminde kullanılmaktadır.

PVC, süspansiyon, emülsiyon ve kütle polimerizasyonu yöntemleri ile üretilebilmektedir. Süspansiyon polimerizasyonu en yaygın kullanılan yöntemdir. Bu işlemde vinil klorür monomeri (VCM) güçlü bir çalkalama ile suya dağıtıldığı bir polimerizasyon reaktöründe basınç altında işleme sokulur. Üretime bir reaksiyon başlatıcısı da eklenir. Sonra karışım 60 - 70°C dereceye kadar ısıtılır. Monomerin % 90 kadarı polimere dönüştüğünde tepkime, sulu karışımın bir gaz ayrıştırıcısında gazın boşaltılması ile durur. Geriye kalan monomer, polimer filtreden geçerken geri dönüştürülür, santrifüje yollanır ve kurutulur.

Emülsiyon prosesinde ise VCM, sabun tipi emülgatörlerle suda dağıtılarak macun tipi PVC üretilir. Emülsiyon polimerizasyonu, mineralden arındırılmış su, VCM, suda çözünen bir tepkime başlatıcı (hidrojen peroksit) ve sabun tipi emülgatörlerin eklendiği bir reaktörde gerçekleştirilir. Reaktörde, lateks adı verilen, boyalar ve bitirmeler için kullanılabilen süte benzer bir emülsiyon oluşur.

PVC, iki aşamalı kesikli bir işlem olan kütle polimerizasyonu ile de üretilir. Bu işlemde polimerizasyon sırasında su eklenmez. İlk aşamada, VCM bir reaksiyon başlatıcı ile % 10 dönüşüm sağlanana kadar ön-polimerizasyona tabi tutulur. İkinci aşamada ise çözelti, daha çok VCM’in ve reaksiyon başlatıcısının eklendiği ve karışımın ısıtıldığı reaktöre gönderilir. Toz halinde polimer, yüksek berraklığa sahip film yapımında kullanılabilir.

Sert ve kırılmaya yatkın olan PVC tipleri kolay işlenemezler.  Bu nedenle plastifiyanlar veya ısı stabilizatörleri gibi katkı maddelerinin eklenmesi gerekir.

PVC’nin kullanım yerleri

PVC modern çağın en çok kullanılan plastik malzemelerinden biridir. Çeşitli katkı maddeleri eklenerek dayanıklılık, yanmaya ve aşınmaya direnç, suya direnç, işlenebilirlik ve esneklik, bakım kolaylığı gibi mükemmel özellikler kazanan PVC birçok alanda kullanılmaya uygun hale gelir.   

Katkı maddeleri (stabilizatörler, imalat sırasında eklenen bazı maddeleri, plastifiyanlar, dolgu maddeleri ve renklendiriciler) kullanılarak PVC’den belli özelliklere sahip ürünler elde edilebilir.  Bu ürünler şöyle sıralanabilir:

• Kapı ve pencere çerçeveleri,
• Zemin ve duvar kaplamaları,
• Elektrik kabloları
• Su ve kanalizasyon boruları,
• Şişeler ve kaplar,
• Folyolar,
• Tıbbi araçlar,
• Oyuncaklar.

Birçok farklı sektörde kullanılan bu hammadde ile ilgili yıllardır sorular sorulmaktadır.  Bu soruların doğru yanıtlarını gözden geçirmekte fayda vardır:

• İnşaatlarda, binalarda plastik ve PVC kullanılırsa çok miktarda ahşaptan tasarruf sağlanabilir.  Oksijen kaynağı olan orman arazileri azalmaz. 

• PVC yanıcı bir malzeme değildir. Hatta kendiliğinden sönme özelliği vardır. Eğer tutuşursa, kendiliğinden söner. PVC’nin sürekli yanabilmesi için ortamdaki oksijen oranının % 40 – 50 oranında olması gerekir. Oysaki havada oksijen % 21 oranında bulunmaktadır. Bu nedenle PVC’nin yanıcılık bakımından, ahşap gibi geleneksel malzemelere kıyasla, binalarda daha güvenle kullanılabilir bir malzemedir denebilir. 

• Klorun tehlikeli ve zehirli bir madde olduğu doğrudur. Ancak, klor sofra tuzunda da bulunur ve aynı sofra tuzunda olduğu gibi PVC’de bağlı bir elementtir ve ne imalat sırasında ne de ürünün kullanılması esnasında ayrışmaz. 

• PVC’nin kurşun içerdiği ve bu yüzden tehlikeli olduğundan çokça söz edilmektedir. Ancak her tip PVC hammaddesinde kurşun veya başka bir ağır metal bulunur demek doğru değildir.  Özellikle inşaat sektöründe, kablo ve boru gibi ürünler için üretilen hammaddelerde stabilizatör olarak kurşun bulunabilir. Bunların suda çözünerek doğaya karışması da çok kolay değildir.  Günümüzde PVC hammaddeleri, çevre için zararlı olabilecek bu ağır metal oranları dikkate alınarak üretilmektedir. Çok uzun bir süredir PVC için stabilizatör olarak organik kalay bileşikleri kullanılmaktadır. Stabilizatör olarak çinko ve kalsiyum bazlı katkı maddelerinin kullanılmasının yaygınlaştırılmasına da devam edilmektedir.  

• PVC’ye yumuşaklık sağlamak için plastifiyanlar eklenmektedir.  Doğru bir şekilde, doğru miktarlarda uygulanmaları gerekmektedir.  Yeni geliştirilen plastifiyanlar, güvenle kullanılabilmektedirler.  Dioktil ftalat (DOP) olarak bilinen katkı maddesi en çok bilinen plastifiyandır.  Bu maddenin kullanımı ile ilgili birçok test yapılmıştır, etkileri ve miktarları belirlenmiştir. 

• PVC’nin hidroklorik asite dönüşerek asit yağmuruna dönüştüğü şeklindeki inanış doğru değildir. PVC ancak yüksek sıcaklıkta ayrışırsa hidroklorik asit açığa çıkar ancak normal sıcaklıklarda böyle bir durum için kaygılanmaya gerek yoktur. 

• PVC geri kazanımı mümkün bir plastiktir. Diğer termoplastikler gibi yeniden işlenebilir veya özel yöntemlerle geri kazanılabilir.

Terimler Sözlüğü

Emülgatör: İki karışmaz sıvının bir karışımına, sadece birbiri üzerine iki katman sıvı olması için değil, bir emülsiyon oluşturması için eklenen bir bileşik.  Emülgatör genellikle, moleküllerinin bir ucu suda çözünür ve diğer ucu ise organik bir maddede çözünür özelliğe sahip bir sabuna benzer. Sabun molekülleri misel adı verilen, topa benzeyen, ve suda çözünür uçların suya, organik çözünür uçların ise top şeklindeki yapının merkezine uzandığı küçük yapılar oluştururlar. Yağ, miselin merkezinde saklanarak suda sabit hale gelir. Böylece su ve yağ karışmış olarak kalır.

Emülsiyon: Bir sıvının diğer bir sıvıda dağıtıldığı bir dağılım – örneğin süt, yağın su içindeki bir emülsiyonudur.

Emülsiyon polimerizasyonu: VCM monomeri, yüzey-aktif etken maddeler yardımıyla suda emülsiyonlaştırılır. Monomer, damlacıklar halindedir ve küçük bir bölümü de misellerin içinde erimiştir. Suda çözünen bir reaksiyon başlatıcı eklenir ve misellerde polimerizasyon başlar. Monomer, emülsiyon damlacıklarının sulu aşamayla yayınımı (difüzyonu) ile lateks parçacıklarına (misellere) eklenir. Kesikli polimerizasyon: Bir reaktördeki tüm bileşenler; ürün elde edildiğinde polimerizasyon durur. Yarı-devamlı polimerizasyon: Polimerizasyon boyunca sürekli olarak emülgatör eklenir. Devamlı polimerizasyon: Su, reaksiyon başlatıcı, monomer ve emülgatör reaktörün tepesinden eklenir. Reaktörün altından PVC lateks alınır. Lateksin gazı alınır ve kurutulur; geriye kalan katı PVC saklanır.

K-değeri: PVC polimeri için, polimer molekülü uzunluğunu tanımlayan bir özellik.

Kütle Polimerizasyonu: Bu işlemde, monomerler sulandırıcı olmadan polimerleştirilir. Reaksiyon, yüksek derecede ısıveren bir reaksiyon olduğu için, işlem küçük kazanlarda gerçekleştirilir ve reaksiyon ilerledikçe ortam sıcaklığı düşürülür.

Misel – Hidrofilik uçlar dışa uzanırken, tüm hidrofobik uçların ince bir hidrofobik faz oluşturmak üzere içe uzandığı organize bir yüzey-aktif moleküller damlası. Bkz. aşağıdaki şekil:

Reaksiyon başlatıcı: Kimyasal bir tepkimenin başlamasına neden olan ve tepkimenin sonunda ortaya çıkan bileşimin bir parçası olmak üzere tepkimeye giren etken madde. Başlatıcılar, katalizörlerden farklı olarak reaktantlarla tepkimeye girerler.

Yüzey-aktif madde – Surfactant.  İngilizce SURFace (yüzey) ACTive (aktif) AgeNT (aracı madde) sözcüklerinin ilk hecelerinden türetilmiş bir sözcük. İki madde arasındaki sınırda yer almayı tercih eden bir madde – örneğin, deterjanlarda bir uç büyük ölçüde yağlı maddelerde çözünebilir halde iken bir uç da suda çözünebilir haldedir.