2.1 PTT Liflerinin Üretimi, Özellikleri ve Kullanım Alanları
2.1.2 PTT’nin Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri
Poli(trimetilen tereftalat) (PTT) ilginç bir kristal yapıya sahiptir. Tekrar eden kristal sistemi üç eksenli olan PTT’nin zincirleri ac ve bc düzlemlerinde sık zikzaklar gibi görünmektedir. Bu zikzaklı yapı, polimer zincirlerine sıkı sarılmış helisel bir form sağlar ve bu sayede zincirler uzama sırasında helezonik yaylar gibi davranabilir (McInytre 2004, Yıldırım ve diğ. 2012b, Kurian 2005). PTT sahip olduğu bu zikzak molekül yapısı sayesinde kolayca bükülebilmekte böylece PTT’nin dış güçlerin tahribatına ve gerilime dayanma yetenekleri yükselmektedir (Yıldırım ve diğ. 2012b, Zheng ve diğ. 2009). Bilim adamları, PTT liflerinin yüksek elastikiyet ve iyi elastiki geri dönme yeteneklerinin, kristal yapılarındaki spiral şeklinden kaynaklandığını keşfetmiştir (Yıldırım ve diğ. 2012b, Thiele 2002). PTT kristaline ait birim hücre yapısı Şekil 2.2’de verilmiştir (Yıldırım ve diğ. 2012b, Chan ve diğ. 2012, Wang ve diğ. 2001).
Şekil 2.2: Kristal birim hücrede PTT’nin atomik pozisyonu (üstten ve
yandan görünümleri)
PTT ve diğer bazı liflerin önemli fiziksel özelliklerinin karşılaştırılması Tablo 2.1’de yer almaktadır (Yıldırım ve diğ. 2012b, Hwo ve diğ. 1998).
Tablo 2.1: PTT ve Diğer Bazı Liflerin Fiziksel Özellikleri
Fiziksel Özellikler PTT PBT PET Naylon 6,6 Naylon 6
Erime Sıcaklığı (oC) 225 228 265 265 230
Camlaşma Sıcaklığı(oC) 45-75 25 80 50-90 50
Yoğunluk (g/cm3) 1,35 0,34 0,40 1,14 1,14
PTT lifinin camlaşma ve erime sıcaklıkları için literatürde çeşitli değerlere rastlamak mümkündür. Lifin camlaşma sıcaklığı (Tg) literatürde 37oC ile 75oC aralığında; 45oC (Deopuno 2008, Kurian 2005, Encylopedia 2005), 45-60oC (Chan ve diğ. 2012), 55oC (Kurian 2005, Marcinicin ve diğ. 2006), 58oC (Luo ve diğ. 2010, Wang ve diğ. 2001), 46oC (Zhang ve diğ. 2002, Huang ve Chang, 2000), 50- 60oC (Parthiban ve Vellingri 2011, Ftc 2014), 45-75oC (Shen ve diğ. 2009), 37- 42oC (Wang ve diğ. 2011), 45-65oC (Klancnik 2006), 42-72oC (Pyda ve diğ. 1998) ve 37-45oC aralıklarında (Houck ve diğ. 2001) olabilmektedir. Erime sıcaklığı (Tm)
(Parthiban ve Vellingri 2011) ve 215oC (Wu ve diğ. 2002), 225oC (Shen ve diğ. 2009), 227oC (Chan ve diğ. 2012), 228oC (Deopuno ve diğ. 2008, Kurian 2005, Encylopedia 2014, Ftc 2014), 230oC (Zhang ve diğ. 2002), 237oC (Houck ve diğ. 2001, Pyda ve diğ. 1998), 238o
C (Marcinicin ve diğ. 2006) olarak yer almaktadır (Yıldırım ve diğ. 2012b).
PTT polimerinden üretilen lifler de diğer lifler gibi, lifin boyanma özelliklerini önemli ölçüde etkileyen kristalin ve amorf bölgelere sahiptir. Genellikle düzenli yapıya sahip olan birçok yarı-kristal polimer, geleneksel iki-fazlı model (kristalin ve amorf bölgeleri içeren) gibi bir modelle kolayca tanımlanamamaktadır. Bu durumda, kristalin ve amorf katmanlar arasındaki interfaz yani ‘rijit amorf faz’ (RAP), üçüncü bir faz olarak yarı-kristal polimerlerin yapısında önemli kabul edilmeye başlanmaktadır. Yapılmış araştırmalar sonucunda bazı polimerlerde ek ara bileşen olarak RAP’a rastlanmaktadır. Bu olgu, zayıf zincir esneklikleri yüzünden nispeten rijit polimerlerin kolayca RAP formu alabileceği anlamına da gelmektedir. PTT’nin camlaşma davranışın polimerin sahip olduğu RAP formasyonundan önemli ölçüde etkilendiği belirtilmektedir. Rijit amorf bölümlerin artması ve interfaz kalınlığı ile camlaşma sıcaklığı da artmaktadır (Yıldırım ve diğ. 2012b, Hong ve diğ. 2002).
PTT sahip olduğu kristalizasyon oranı sayesinde yüksek derecede kristalli bir yapı sergilemekte ve polimer klasik poliester çözücüleri içinde kolay kolay çözünmemektedir (McIntyre 2004, Yıldırım ve diğ. 2012b). Fakat PTT oda sıcaklığında hekzafloroizopropanal gibi güçlü çözücüler ile işlem gördüğünde kolayca çözünebilmektedir (Deopuno ve diğ. 2008, Yıldırım ve diğ. 2012b). Yani bu durum, PTT lifinin alkalilere karşı dirençli fakat asitlere karşı dirençsiz olduğunu göstermektedir. Saf ve/veya karışım PTT liflerinden oluşmuş kumaşların kullanımında bu noktaya dikkat edilmesi önemlidir (Yıldırım ve diğ. 2012b, Zheng ve diğ. 2009). PTT lifleri, kahve, hardal, kırmızı asit boyaları ve diğer lekelere karşı dayanıklılığa sahip olmasının yanında düşük elektriklenme özelliğine sahiptir (Deopuno ve diğ. 2008, Yıldırım ve diğ. 2012b). PTT liflerinin optik özellikleri PET liflerinin optik özelliklerine benzemektedir (Yıldırım ve diğ. 2012b, Houck ve diğ. 2001). Poliesterlerin sahip olduğu yüksek kırılma indisi değerleri, liflerden canlı ve parlak renkler elde etmeyi her zaman mümkün kılmamaktadır (Yıldırım ve diğ.
2012b). PTT’nin kırılma indisi değerleri ile ilgili olarak literatürde; 1.515 (Yıldırım ve diğ. 2012b, Brown ve diğ. 2001), 1. 57 (Kurian 2005) ve 1.638 (nano PTT lifinin) (Yıldırım ve diğ. 2012b, Xing ve diğ. 2008) gibi değerler görmek mümkündür.
PTT’nin sahip olduğu uzamadan sonra iyi geri dönme özelliği ile naylonun bu özelliği birbirine benzerdir. Diğer poliesterlerle kıyaslandığında PTT lifi uzamadan sonra daha yüksek bir elastiki geri dönme özelliği sergilemektedir (Deopuno ve diğ. 2008, Yıldırım ve diğ. 2012b, Encylopedia 2014). PTT ipliği, ipliğe uygulanan %120’ye kadar uzamadan sonra %100 geri dönme değeri sergileyebilmektedir (McIntyre 2004, Yıldırım ve diğ. 2012b). Bu özellik PET lifi ile karşılaştırıldığında çok daha iyi ve Naylon 6,6 lifi ile karşılaştırıldığında ise 2-3 kat daha iyi sonuçlar sergiler. Esneklik, tekstil ve halı lifleri için değerli ve önemli bir özelliktir (McIntyre 2004, Yıldırım ve diğ. 2012b).
Halı uygulamalarında lifin esnekliği ve mukavemeti önemlidir. Ayrıca yumuşaklıkta giyim ve halı sektörü için önemli diğer bir özellik olarak sayılabilir. Uzama ve elastiki geri dönme özellikleri de giysilerin konforunu geliştirmek için önemlidir ayrıca onların şekillerini ve görünümlerini muhafaza etmelerini sağlayan özelliklerdir. Halı dayanımını ve esnekliğini ölçmek için çeşitli standartlarda testler bulunmaktadır. Bu testlerden biri de “Hexapod Kullanım Testi”’dir. Bu test standardı ile yapılmış bir teste göre PTT lifinden yapılmış bir halının performansı PET lifinden yapılmış bir halının performansından iyi bulunmuştur (Ftc 2014).
PTT lifi yukarıda da değinildiği gibi kaynama sıcaklığında (100oC) ve atmosferik basınç altında carriere ihtiyaç duyulmadan kolaylıkla boyanabilmektedir. PTT ve naylon bazı seçilmiş boyarmaddelerle boyandıklarında karşılaştırılabilir renk haslığı değerleri sergilemektedir. Ayrıca, PTT lifinin basınçlı boyama şartları altında boyanması sonucunda daha fazla renk tonu kullanılabilmekte ve bu da tasarımcıların daha fazla renk seçeneğine sahip olmasına yardımcı olmaktadır (Encylopedia 2014, Houck ve diğ. 2001, Broadbent 2001).
PTT lifleri tüm performanslarına ek olarak çeşitli çevresel faydalar sağlayabilmektedir. Petrokimyasallar yerine yenilenebilir kaynaklı maddelerin birleşiminden üretilen PTT polimeri (bio-PDO ile üretilen) petrole olan bağımlılığı
kaynaklardan üretilen PTT lifleri çevre-dostu kabul edilebilir (Reddy ve Yang 2015).
PTT lifine ait bu fiziksel ve kimyasal özelliklerin nihai ürüne potansiyel yansıması Tablo 2.2’de gösterilmektedir (Yıldırım ve diğ. 2012b, Elliot and Cisneros 2005).
Tablo 2.2: PTT Fiziksel ve Kimyasal Özelliklerinin Son Kullanım Ürünlerine Yansıması Polimer Özellikleri Özelliklerin Son Kullanıma Yansıması PTT’nin Kimyasal Yapısı
Reaktif Alan İçermemesi Asit tabanlı maddelere karşı lekelenme dayanımı
Yapısı ve Esnek Molekül Statik yük birikimini en aza indirgemek
Düşük Su Absorbsiyonu Kolay kuruma
PTT’nin Fiziksel Yapısı Sarmal Yapı
Düşük Modül
Elastiki Geri Dönme Yumuşaklık Dökümlülük Esneklik Düşük Tg Kolay ısıl işlem Kolay boyanabilirlik