Polimerlerin Kullanımındaki Avantaj Ve Dezavantajları Nelerdir?

**Prof. Dr. Sinsi** · 09-11-2012

Stiren Polistiren
Kütle polimerizasyonun da reaksiyonlar ekzotermiktir, bu nedenle ısı transferi kolayca
yapılabilir

Bu polimerizasyonun diğer polimerizasyon yöntemlerine göre üstünlükleri şunlardır:
 Polimerizasyon hızının yüksek olması
 Uygulama kolaylığı
 Ekonomik olması
 Temiz polimer eldesi
 Polimerin doğrudan işlenebilmesi
Ancak polimerizasyon sırasında artan ortam viskozitesi, ısı aktarımını ve karıştırmayı
zorlaştırır

Ayrıca tepkimeye girmeyen monomerlerin temizlenmesi gerekir

Bu
dezavantajlar büyük ölçeklerde üretim yapılmasını sınırlar

Özellikle laboratuvar
çalışmalarında kullanılan polimerizasyon yöntemidir

Kondenzasyon polimerizasyonları için
elverişlidir

Çünkü bu tür polimerizasyonlarda yüksek molekül ağırlıklı polimer,
reaksiyonunun en son aşamalarına kadar oluşamaz

2

1

2

Çözelti Polimerizasyonu
Çözelti polimerizasyonunun başlangıcında polimerizasyon ortamında monomer,
çözücü ve başlatıcı bulunmaktadır

Bu polimerizasyonda monomer reaksiyona katılmayan
(inert) bir çözücü içerisinde polimerleştirilir

Çözücü polimerizasyon ortamını seyrelttiği için
viskozite düşer, karıştırma kolaylaşır ve daha etkin bir ısı transferi yapılabilir

Polimerizasyonda kullanılan çözücü hem monomeri hem de başlatıcıyı çözerse
polimerizasyon homojen bir ortamda başlar, ilerler ve sonlanır

Buna homojen çözelti
polimerizasyonu denir

Çözücü monomeri çözüp, polimeri çözmemesi sonucu ortamda çözünmeyen toz ve
tanecik halinde polimer kalır

Ortamın homojenliğinden söz edilemez

Bu tür çözelti
polimerizasyonlarına heterojen çözelti polimerizasyonu denir

Çözelti polimerizasyonlarında çözücü seçimine çokdikkat edilmelidir

Çözücünün
erime ve kaynama noktası, polimerden uzaklaştırılabilir olması, pahalı ve sağlıksız olmaması
önemlidir

Daha çok alifatik ve aromatik hidrokarbonlar, esterler, alkoller ve eterler
kullanılır

Su da çözücüdür, ancak monomerlerin birçoğu organik olduklarından su içerisinde
çözelti polimerizasyonu yapılamaz

Ancak poliakrilamit, poli(akrilik asit), poli(metil
metakrilat) gibi bazı polimerler su ortamında sentezlenebilir

Vinil asetat, akrilonitril ve akrilik asit esterleri çözelti polimerizasyonu ile
polimerleştirilir

Çözelti polimerizasyonunun avantajları:
 Viskozitenin düşük olması
 Sıcaklık kontrolünün sağlanması
 Ürünün hemen kullanılabilmesi(boya, yapıştırıcı)
Çözelti polimerizasyonunun dezavantajları:
 Karışımın mol kütlesini düşürür

 Çözücünün polimerden uzaklaştırılması gerekir, bu da maliyeti yükseltir

 Çözücü dikkatli seçilmezse çevre kirliliği oluşturabilir

2

1

3

Süspansiyon Polimerizasyonu
Süspansiyon polimerizasyonunda monomerle karışmayan bir sıvı içerisinde
monomerin dağılıp asılı tutulması sırasında oluşur

Su en çok kullanılan sıvıdır

Polimer,
sulu fazda 0,01–0,5 cm

çapında damlalar halinde dağıtılır, yani monomerin suda
süspansiyonu yapılır

Süspansiyonunun kararlı olması ve oluşan polimer parçacıklarının birbirine
yapışmaması için içine stabilizatör denilen kimyasallar katılır

Süspansiyon oluşturan bu
maddeler monomerin etrafını sararak saklamaktadır

Gerekli önlemler alınmazsa tanecikler
kümeleşerek bloklaşır

Stabilizatör olarak genellikle jelâtin, kaolin, pudra, bentonit, baryum,
kalsiyum ve magnezyum karbonatlar, alüminyum hidroksit gibi suda çözünmeyen inorganik
bileşikler kullanılır

Ayrıca mekanik karıştırma ile damlaların birbirine yapışması engellenir

Polimerizasyon başlatıcısı olarak monomerde (organik fazda) çözünen başlatıcılar
kullanılmaktadır

Polimerizasyon sonunda elde edilen toz polimer sudan süzülerek ayrılır ve
kurutulur

Polimer granül halinde üretilir

Stiren, metil metakrilat, vinil klorür, vinil asetat bu yöntemlerle polimerleştirilebilir

Elde edilen en son ürüne bakılarak bu tür polimerizasyona inci veya tane polimerizasyonu da
denir

Resim 2

1: Süspansiyon polimerizasyonu ile elde edilen polimerler
Süspansiyon polimerizasyonunun avantajları:
 Isı aktarımı kolaydır

 Sıcaklık kontorülü kolaydır

 Ürün yapıştırıcı ve boya olarak kullanılabilir

 Organik çözücü kullanılmaması
 Yığın ve çözelti polimerizasyonundan daha emniyetli olması
Çözelti polimerizasyonunun dezavantajları:
 Daha çok kesikli üretime uygundur

 Ortamdaki maddelerden kaynaklanan polimer kirlenmesi
 Suyun ve stabilizatörün polimerden uzaklaştırılması, kurutulması gibi yan
işlemler gerektirmesi bunun ekonomik açıdan yük oluşturması

Akrilik asit, metakrilik asit, metil metakrilat, stiren, vinil asetat, vinil klorür, tetraflor
etilen, klortrifloretilen monomerleri bu yöntemle polimerleştirilir

Süspansiyon
polimerizasyonu endüstride çok sık kullanılan bir polimerizasyon yöntemidir

2

1

4

Emülsiyon Polimerizasyonu
Uygun emülsiyon yapıcılar yardımı ile su içinde çok ince dağılmış monomerin
polimerleştirilmesi yöntemidir

Su ortamında, yüzey aktif bir madde ve suda çözünen bir başlatıcı bulunur

Monomer
emülsiyon yapıcı bir madde yardımıyla ortama dağılmış haldedir

Polimerizasyon başlatıcısı
suda çözünen bir maddedir

Ortam devamlı karıştırılarak monomerin çok küçük parçacıklar
halinde dağılarak elde edilmesi sağlanır

Emülsiyon polimerizasyonunda, ortamda; su, monomer, misel yapıcı ve başlatıcılar
bulunmaktadır

Monomer yüzey aktif bir madde (sabun gibi ) ile kararlı hale getirilir ve bu
damlacıklara misel denilir

Misellerin bir ucu hidrofobik diğer ucu hidrofiliktir

Polimerleşme misellerde çabuk ve oldukça düşük sıcaklıklarda yapılır

Yapılan ölçümler
misellerin çubuk şeklinde olduğunu göstermiştir

Her misel 50- 100 emülsiyon yapıcı
molekülden oluşur

Miseli oluşturan bu moleküllerin, hidrokarbon kuyrukları miselin içine,
iyonik uçları ise suya doğru dönük durmaktadır

(a) (b)
Şekil 2

3: (a) Misel yapıcı olarak kullanılan sodyum lauril sülfat (b) Misel yapıcı molekülün
Apolar ve polar uçları
Emülsiyon polimerizasyonunun başlangıcında misel yapıcı ve su karıştırılır

Karışımda bulunan misellerin bir kısmı suda çözünür, bir kısmı da bir araya toplanarak
küresel miseller oluşturur

Su içerisinde miseller çözüldükten sonra karıştırılarak ortama monomer katılır

 Monomerin bir kısmı suda çözünür

 Bir kısmı misellerin içine girerek onları şişirir

 Diğerleri de monomer damlaları halinde suda dağılır
Emülsiyon yapıcı madde ortamda bulunan monomerlere tutunur ve polimerizasyon
gerçekleşir

Ortamdaki polimerlere sarılarak polimerizasyon işlemi sonlanmış olur

Şekil 2

5: Misel yapıcı moleküller tarafından sarılmış polimer tanecikleri
Emülsiyon polimerizasyonunun tekniği özellikle sentetik kauçuğun üretiminde
kolaylık sağlar

Endüstride stiren- bütadien (SBR)kauçuğun üretiminde kullanılmaktadır

SBR özellikle lastik endüstirisinde kullanılan önemli bir polimerdir

Resim 2

2: Araç lastiği
Emülsiyon polimerizasyonunun avantajları:
 Polimerizasyon hızı yüksektir

 Yüksek mol kütleli polimer elde edilebilir

 Sıcaklık kontrolü kolaydır

 Viskozite düşüktür

 Kütle ve çözelti polimerizasyonuna göre daha emniyetlidir

 Organik çözücü kullanılmaz

Emülsiyon polimerizasyonunun dezavantajı:
 Polimerden miseli uzaklaştırmak zordur

09-11-2012	#2
Prof. Dr. Sinsi	Polimerlerin Kullanımındaki Avantaj Ve Dezavantajları Nelerdir? Stiren Polistiren Kütle polimerizasyonun da reaksiyonlar ekzotermiktir, bu nedenle ısı transferi kolayca yapılabilir Bu polimerizasyonun diğer polimerizasyon yöntemlerine göre üstünlükleri şunlardır:  Polimerizasyon hızının yüksek olması  Uygulama kolaylığı  Ekonomik olması  Temiz polimer eldesi  Polimerin doğrudan işlenebilmesi Ancak polimerizasyon sırasında artan ortam viskozitesi, ısı aktarımını ve karıştırmayı zorlaştırır Ayrıca tepkimeye girmeyen monomerlerin temizlenmesi gerekir Bu dezavantajlar büyük ölçeklerde üretim yapılmasını sınırlar Özellikle laboratuvar çalışmalarında kullanılan polimerizasyon yöntemidir Kondenzasyon polimerizasyonları için elverişlidir Çünkü bu tür polimerizasyonlarda yüksek molekül ağırlıklı polimer, reaksiyonunun en son aşamalarına kadar oluşamaz 212 Çözelti Polimerizasyonu Çözelti polimerizasyonunun başlangıcında polimerizasyon ortamında monomer, çözücü ve başlatıcı bulunmaktadır Bu polimerizasyonda monomer reaksiyona katılmayan (inert) bir çözücü içerisinde polimerleştirilir Çözücü polimerizasyon ortamını seyrelttiği için viskozite düşer, karıştırma kolaylaşır ve daha etkin bir ısı transferi yapılabilir Polimerizasyonda kullanılan çözücü hem monomeri hem de başlatıcıyı çözerse polimerizasyon homojen bir ortamda başlar, ilerler ve sonlanır Buna homojen çözelti polimerizasyonu denir Çözücü monomeri çözüp, polimeri çözmemesi sonucu ortamda çözünmeyen toz ve tanecik halinde polimer kalır Ortamın homojenliğinden söz edilemez Bu tür çözelti polimerizasyonlarına heterojen çözelti polimerizasyonu denir Çözelti polimerizasyonlarında çözücü seçimine çokdikkat edilmelidir Çözücünün erime ve kaynama noktası, polimerden uzaklaştırılabilir olması, pahalı ve sağlıksız olmaması önemlidir Daha çok alifatik ve aromatik hidrokarbonlar, esterler, alkoller ve eterler kullanılır Su da çözücüdür, ancak monomerlerin birçoğu organik olduklarından su içerisinde çözelti polimerizasyonu yapılamaz Ancak poliakrilamit, poli(akrilik asit), poli(metil metakrilat) gibi bazı polimerler su ortamında sentezlenebilir Vinil asetat, akrilonitril ve akrilik asit esterleri çözelti polimerizasyonu ile polimerleştirilir Çözelti polimerizasyonunun avantajları:  Viskozitenin düşük olması  Sıcaklık kontrolünün sağlanması  Ürünün hemen kullanılabilmesi(boya, yapıştırıcı) Çözelti polimerizasyonunun dezavantajları:  Karışımın mol kütlesini düşürür  Çözücünün polimerden uzaklaştırılması gerekir, bu da maliyeti yükseltir  Çözücü dikkatli seçilmezse çevre kirliliği oluşturabilir 213 Süspansiyon Polimerizasyonu Süspansiyon polimerizasyonunda monomerle karışmayan bir sıvı içerisinde monomerin dağılıp asılı tutulması sırasında oluşur Su en çok kullanılan sıvıdır Polimer, sulu fazda 0,01–0,5 cm çapında damlalar halinde dağıtılır, yani monomerin suda süspansiyonu yapılır Süspansiyonunun kararlı olması ve oluşan polimer parçacıklarının birbirine yapışmaması için içine stabilizatör denilen kimyasallar katılır Süspansiyon oluşturan bu maddeler monomerin etrafını sararak saklamaktadır Gerekli önlemler alınmazsa tanecikler kümeleşerek bloklaşır Stabilizatör olarak genellikle jelâtin, kaolin, pudra, bentonit, baryum, kalsiyum ve magnezyum karbonatlar, alüminyum hidroksit gibi suda çözünmeyen inorganik bileşikler kullanılır Ayrıca mekanik karıştırma ile damlaların birbirine yapışması engellenir Polimerizasyon başlatıcısı olarak monomerde (organik fazda) çözünen başlatıcılar kullanılmaktadır Polimerizasyon sonunda elde edilen toz polimer sudan süzülerek ayrılır ve kurutulur Polimer granül halinde üretilir Stiren, metil metakrilat, vinil klorür, vinil asetat bu yöntemlerle polimerleştirilebilir Elde edilen en son ürüne bakılarak bu tür polimerizasyona inci veya tane polimerizasyonu da denir Resim 21: Süspansiyon polimerizasyonu ile elde edilen polimerler Süspansiyon polimerizasyonunun avantajları:  Isı aktarımı kolaydır  Sıcaklık kontorülü kolaydır  Ürün yapıştırıcı ve boya olarak kullanılabilir  Organik çözücü kullanılmaması  Yığın ve çözelti polimerizasyonundan daha emniyetli olması Çözelti polimerizasyonunun dezavantajları:  Daha çok kesikli üretime uygundur  Ortamdaki maddelerden kaynaklanan polimer kirlenmesi  Suyun ve stabilizatörün polimerden uzaklaştırılması, kurutulması gibi yan işlemler gerektirmesi bunun ekonomik açıdan yük oluşturması Akrilik asit, metakrilik asit, metil metakrilat, stiren, vinil asetat, vinil klorür, tetraflor etilen, klortrifloretilen monomerleri bu yöntemle polimerleştirilir Süspansiyon polimerizasyonu endüstride çok sık kullanılan bir polimerizasyon yöntemidir 214 Emülsiyon Polimerizasyonu Uygun emülsiyon yapıcılar yardımı ile su içinde çok ince dağılmış monomerin polimerleştirilmesi yöntemidir Su ortamında, yüzey aktif bir madde ve suda çözünen bir başlatıcı bulunur Monomer emülsiyon yapıcı bir madde yardımıyla ortama dağılmış haldedir Polimerizasyon başlatıcısı suda çözünen bir maddedir Ortam devamlı karıştırılarak monomerin çok küçük parçacıklar halinde dağılarak elde edilmesi sağlanır Emülsiyon polimerizasyonunda, ortamda; su, monomer, misel yapıcı ve başlatıcılar bulunmaktadır Monomer yüzey aktif bir madde (sabun gibi ) ile kararlı hale getirilir ve bu damlacıklara misel denilir Misellerin bir ucu hidrofobik diğer ucu hidrofiliktir Polimerleşme misellerde çabuk ve oldukça düşük sıcaklıklarda yapılır Yapılan ölçümler misellerin çubuk şeklinde olduğunu göstermiştir Her misel 50- 100 emülsiyon yapıcı molekülden oluşur Miseli oluşturan bu moleküllerin, hidrokarbon kuyrukları miselin içine, iyonik uçları ise suya doğru dönük durmaktadır (a) (b) Şekil 23: (a) Misel yapıcı olarak kullanılan sodyum lauril sülfat (b) Misel yapıcı molekülün Apolar ve polar uçları Emülsiyon polimerizasyonunun başlangıcında misel yapıcı ve su karıştırılır Karışımda bulunan misellerin bir kısmı suda çözünür, bir kısmı da bir araya toplanarak küresel miseller oluşturur Su içerisinde miseller çözüldükten sonra karıştırılarak ortama monomer katılır  Monomerin bir kısmı suda çözünür  Bir kısmı misellerin içine girerek onları şişirir  Diğerleri de monomer damlaları halinde suda dağılır Emülsiyon yapıcı madde ortamda bulunan monomerlere tutunur ve polimerizasyon gerçekleşir Ortamdaki polimerlere sarılarak polimerizasyon işlemi sonlanmış olur Şekil 25: Misel yapıcı moleküller tarafından sarılmış polimer tanecikleri Emülsiyon polimerizasyonunun tekniği özellikle sentetik kauçuğun üretiminde kolaylık sağlar Endüstride stiren- bütadien (SBR)kauçuğun üretiminde kullanılmaktadır SBR özellikle lastik endüstirisinde kullanılan önemli bir polimerdir Resim 22: Araç lastiği Emülsiyon polimerizasyonunun avantajları:  Polimerizasyon hızı yüksektir  Yüksek mol kütleli polimer elde edilebilir  Sıcaklık kontrolü kolaydır  Viskozite düşüktür  Kütle ve çözelti polimerizasyonuna göre daha emniyetlidir  Organik çözücü kullanılmaz Emülsiyon polimerizasyonunun dezavantajı:  Polimerden miseli uzaklaştırmak zordur