Polimerler Kimyası - Polimer Nedir? - Polimerlerin Molekül Ağırlıkları Sentezi

Polimerler Kimyası - Polimer Nedir? - Polimerlerin Molekül Ağırlıkları Sentezi
Polimerler Kimyası - Polimer Nedir? - Polimerlerin Molekül Ağırlıkları Sentezi
Polimerler Kimyası

01 Polimer Nedir?

Polimerler; çoksayıda molekülün kimyasal bağlarla düzenli bir sekilde bağlanarak oluşturdukları yüksek molekül ağırlıklı bileşiklerdir Poli Latince bir sözcük olup çok sayıda anlamına gelir Polimerler monomer denilen birimlerin bir araya gelmesiyle oluşmaktadır Buna basit bir örnek olarak Polistren verilebilir Polistren birçok stren monomerinin monomerinin bir araya gelmesi ile oluşmuştur

Yukarıda görüldüğü gibi stren monomerinin polimerizasyonu ile bu monomeri çok sayıda içeren polistren elde edilmektedir

Organik kimyacılar ondokuzuncu yüzyılın ortalarında bazı denemelerinde rastlantısal olarak yüksek molekül ağırlıklı maddeler sentezlediler Bu yüzyılın ikinci yarısından itibaren polimer konusundaki araştırmalar gelişmiş ve yeni polimer türleri geliştirilmiştir Bu alanın öncüsü Alman kimyager Herman Stauding Herman Stauding ilk defa polimerizasyon koşullarının polimer oluşumu üzerine etkisini tanımlamıştır Stauding kimyanın bu alanında yaptığı çalışmalarla 1953 yılında Nobel ödülünü almıştır Bu alanda ilk kez çalışan araştırmacılar doğal polimerleri taklit ederek işe başlamışlar ve 1930 yılında Wallace Carothers Nylonu sentezlemeyi başarmıştır İkinci dünya savasından bu yana birçok polimer laboratuarlar da üretilmiş ve ayrıca birçok polimer endüstriyel ölçekte üretilmeye başlamıştır Endüstriyel organik kimyacılar ise daha çok polimer kimyası alanına kayarak çalışmalarını bu yönde sürdürmeye başlamıştır Bunun sonucu olarak günümüzde sayısız polimer türü geniş bir uygulama alanın da çeşitli amaçlar için kullanılmaktadır Aşağıda yaygın olarak kullanılan bazı polimerlerin formülleri ve sentezlendikleri monomerler gösterilmiştir

Polimerler yapılarına göre sınıflandırılabilirler Bir polimer tekbir monomer biriminin tekrarlanmasından oluşuyorsa buna homopolimer denir Örnek olarak, etilenden elde edilen polietilen ve strenden elde edilen polistren verilebilir

Eğer polimer molekülü iki farlı monomerin birleşmesinden oluşuyorsa buna kopolimer denir Kopolimerlerin çeşitlerini üçe ayırabiliriz

1 Ardaşık kopolimer

2Blok kopolimer

3 Düzensiz kopolimer

Polimer zincirler ister homopolimer ister kopolimer olsun, üç farklı formda buluna bilirler

1 Doğrusal

2 Dallanmış

3 Çapraz Bağlı

02 Polimerlerin Molekül Ağırlıkları

Polimerlerin fiziksel özellikleri molekül ağırlığı ile ilişkilidir Bu nedenle polimerlerden beklenen fiziksel özellikleri gösterebilmeleri için belirli bir molekül ağırlığına sahip olmaları gerekir

Genellikle molekül ağırlığının artması ile yapıda moleküller arası çekim artmakda ve buda polimerin amik ve ısı özelliklerini etkilemektedir Polimerlerin molekül ağırlıkları, jel geçirgenlik kromatografisi, viskozimetrik ölçüm, ozmotik ve basınç ışık saçılması gibi yöntemlerle belirlenebilir

03 Polimerlerin Sentezi

0301 Serbest Radikal Polimerleşmes

Zincir polimerleşmesinin radikaller üzerinden yürüyen türüdür Serbest radikal polimerleşmesi üç aşamadan oluşur
Başlangıçta monomer molekülleri çeşitli yöntemler kullanılarak radikal haline dönüştürülür Radikal oluşumu, ısı, fotokimyasal, radyasyon veya çeşitli başlatıcılar tarafından sağlanır Bu amaçla ortamda radikal oluşturmak için en yaygın yöntem ortama dışarıdan bir başlatıcı eklemektir Başlatıcı, radikal oluşturarak vinil grubundaki çift bağa atak yaparak polimerizasyon işlemini başlatmış olur Başlatıcı olarak çeşitli peroksitler, diazo bileşikleri ve redoks çiftleri kullanılır

Peroksit başlatıcılardan en yaygın kullanılanı benzil peroksittir Bu başlatıcı ısı ile kolaylıkla parçalanarak serbest radikal oluşturmaktadır Aşağıdaki şekilde benzil peroksit ısı etkisi ile parçalanarak iki tane serbest radikale dönüşmektedir

Daha sonra başlama aşamasında oluşan radikaller monomer molekülündeki çift bağa atak yaparak polimerizasyonu başlatırlar Şekilde başlatıcıdan oluşan radikaller etilen molekülündeki çift bağdan birini kırıp yeni bir radikal oluştururken böylece polimerizasyon reaksiyonunu da başlatmış olmaktadır

Oluşan yeni radikaller ortamda bulunan monomerler ile reaksiyona girerek polimer zincirinin büyümesine neden olurlar

Polimerizasyon ilerledikçe polimer zinciri büyür ve molekül ağırlığı artar Polimerizasyonun bu aşamasında artık ortamda monomer sayısı azalmıştır Bu nedenle ortamdaki radikaller sönümlenmeye başlar

Ortamdaki radikaller çeşitli yollar ile (dallanma yeni çift bağ oluşturma veya bir başka radikal ile reaksiyona girerek) sönümlenir ve polimerizasyon işlemi tamamlanır

0302 İyonik Polimerizasyon

Zincir polimerizasyonu serbest radikaller üzerinden olduğu kadar iyonlar ve koordinasyon komp*leks yapıcı ajanlar üzerinden de yürüyebilir Bir vinil monomerinin hangi *****izma üzerinden polimerleştirileceği, sübstüye gruba bağlıdır Örneğin halojenlenmiş viniller (vinilklorür, vb gibi) ve vinil esterler yalnızca radikallerle polimerleştirilirler Eğer, vinil monomerine elektron verici gruplar takılmışsa yalnızca katyonik polimerizasyon söz konusudur

İyonik polimerizasyon genellikle katalizörlerin ayrı bir fazda bulunduğu heterojen sistemleri içerir Reaksiyon hızı radikal polimerizasyonuna göre çok hızlıdır Bazı durumlarda reaksiyon hızını kontrol etmek için polimerizasyon işlemi çok düşük sıcaklıklarda gerçekleştirilir

0303 Kondenzasyon Polimerizasyonu

Kondenzasyon polimerleri benzer veya farklı yapıdaki poli-fonksiyonel monomerlerin, genellikle küçük bir molekül çıkararak reaksiyona girmesiyle elde edilir Burada en önemli koşul mono*merlerin poli-fonksiyonel oluşudur OH, COOH, NH2, gibi fonksiyonel gruplardan en az iki tane taşıyan monomerler ester*leşme, amidleşme, vb gibi reaksiyonlarla, küçük moleküller çıkararak, kondenzasyon polimerlerini oluşturular Poliüretanların elde edildiği üretan oluşumu ve naylon 6' nın elde edildiği kaprolaktam halka açılması gibi, küçük molekül çıkısı olmadan doğrudan monomerlerin katılması sek*linde yürüyen polimerizasyon reaksiyonları da genellikle bu grup içinde değerlendirilir

04 Polimerizasyon İşlemleri

0401 Yığın Polimerizasyonu

Bu tür polimerizasyonda monomer, içine uygun bir baslatıçı ilave edildikten sonra, belli sıcaklık ve basınçta doğrudan polimerleştirilir Bu prosesin en önemli özelliği oldukça saf polimerlerin üretilebilmesidir Proseste, polimerizasyon sonucu oluşan ürün, üretim sonrası ayırma, saflaştırma, vb gibi prosesleri gerektirmez, doğrudan satışa sunulabilir Ayrıca, diğer proseslere göre daha ucuz makina ve teçhizat gerektirdiğinden, basit ve ekonomik bir proses olarak değerlendirilir

Bu prosesin en önemli dezavantajı ortaya çıkan ısının ortamdan kolay kolay uzaklaştırılamayışı, dolayısıyla sıcaklık kontrolünün güç olmasıdır Bu hususa özellikle radikal polimerizasyonunda dikkat edilmelidir Bu tür polimerizasyonlar şiddetli ekzotermiktir ve yüksek molekül ağırlıklı polimer moleküllerinin hemen oluşması ortam viskozitesinin hızla artmasına neden olur Sıcaklık kontrolü son derece zorlaşır Yerel sıcaklık artışları, poli*merin bozunmasma ve monomerin kaynaması sonucu gaz oluşu*muna, hatta şiddetli patlamalara neden olabilir

0402 Süspansiyon Polimerizasyonu

Bu polimerizasyon tekniği endüstiride büyük miktarlarda polimer üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır Bu polimerizasyonu sonucu polimerizasyon şartlarına bağlı olarak 50 1000 mikrometre çapında, gözenekli veya gözeneksiz partiküller elde edilir Süspansiyon polimerizasyonunda iki faz vardır

Monomer fazı
Dağıtma fazı

Bir polimer süspansiyon polimerizasyonu için kullanılacaksa dikkat edilmesi gereken ilk özellik monomerin dağıtma fazındaki çözünürlüğüdür Monomerin, dağıtma fazındaki çözünürlüğünün çok düşük olması gerekir Bu amaçla hidrofilik monomerler için yağ ve petrol eteri gibi hidrofobik sıvılar kullanılır Hidrofobik monomerler için de su, dağıtma fazı olarak kullanılır Monomer damlacıkları yapısında çözünmüş olarak başlatıcıyıda içerirler Isı vb etkiler ile polimerizasyon reaksiyonunun başlatılır Reaksiyon sonucunda her monomer damlası bir polimer partiküle dönüşür

Süspansiyon polimerizasyonunda karşılaşıbilecek en büyük sorun partiküllerin birbirlerine yapışarak birikmesidir Bunu eklemek için dağıtma fazına partikülleri stabil olarak ortamda tutabilecek stabilizör maddeler eklenir Partikül çapı kullanılan stabilizatöre ve ortamın karıştırılma hızına bağlı olarak değişir

0403 Emülsiyon Polimerizasyonu

Emülsiyon polimerizasyonunda birbiri ile karışmayan iki faz söz konusudur Monomer fazı dağıtma fazı içinde emüsyon halinde dağıtılmıştır Süspansiyon polimerizasyonundan farklı olarak burada başlatıcı dağıtma fazında çözünmüştür Çeşitli emülsiyon yapıcı maddeler kullanılarak monomer fazı dağıtma fazı içinde emülsiyon halde stabil olarak tutulur Bunlardan en yaygın kullanılan sodyumdodesilsülfattır Bu polimerizasyon tekniği ile 1 mikrometre civarında tek düze küresel partiküller elde edilir

0404 Dispersiyon Polimerizasyonu
Bu polimerizasyon tekniği ile 1 10 mikrometre arasında tekdüze küresel polimer partiküller elde edilir Dispersiyon polimerizasyonunun özelliği monomer fazı, dağıtma fazında çözünmektedir ama polimerizasyon işleme sonunda oluşan polimer dağıtma fazında çözünmemektedir