Polimer Nedir? Polimer Neye Denir? Polimer Hakkında Bilgiler

Polimer Nedir? Polimer Neye Denir? Polimer Hakkında Bilgiler
Polimer Nedir? Polimer Neye Denir? Polimer Hakkında Bilgiler

Polimer Nedir?

Polimerler; çoksayida molekülün kimyasal baglarla düzenli bir sekilde baglanarak olusturduklari yüksek molekül agirlikli bilesiklerdir Poli Latince bir sözcük olup çok sayida anlamina gelir Polimerler monomer denilen birimlerin bir araya gelmesiyle olusmaktadir Buna basit bir örnek olarak Polistren verilebilir Polistren birçok stren monomerinin monomerinin bir araya gelmesi ile olusmustur

Yukarida görüldügü gibi stren monomerinin polimerizasyonu ile bu monomeri çok sayida içeren polistren elde edilmektedir

Organik kimyacilar ondokuzuncu yüzyilin ortalarinda bazi denemelerinde rastlantisal olarak yüksek molekül agirlikli maddeler sentezlediler Bu yüzyilin ikinci yarisindan itibaren polimer konusundaki arastirmalar gelismis ve yeni polimer türleri gelistirilmistir Bu alanin öncüsü Alman kimyager Herman Stauding Herman Stauding ilk defa polimerizasyon kosullarinin polimer olusumu üzerine etkisini tanimlamistir Stauding kimyanin bu alaninda yaptigi çalismalarla 1953 yilinda Nobel ödülünü almistir Bu alanda ilk kez çalisan arastirmacilar dogal polimerleri taklit ederek ise baslamislar ve 1930 yilinda Wallace Carothers Nylonu sentezlemeyi basarmistir Ikinci dünya savasindan bu yana birçok polimer laboratuarlar da üretilmis ve ayrica birçok polimer endüstriyel ölçekte üretilmeye baslamistir Endüstriyel organik kimyacilar ise daha çok polimer kimyasi alanina kayarak çalismalarini bu yönde sürdürmeye baslamistir Bunun sonucu olarak günümüzde sayisiz polimer türü genis bir uygulama alanin da çesitli amaçlar için kullanilmaktadir Asagida yaygin olarak kullanilan bazi polimerlerin formülleri ve sentezlendikleri monomerler gösterilmistir

Polimerler yapilarina göre siniflandirilabilirler Bir polimer tekbir monomer biriminin tekrarlanmasindan olusuyorsa buna homopolimer denir Örnek olarak, etilenden elde edilen polietilen ve strenden elde edilen polistren verilebilir

Eger polimer molekülü iki farli monomerin birlesmesinden olusuyorsa buna kopolimer denir Kopolimerlerin çesitlerini üçe ayirabiliriz

1 Ardasik kopolimer

2Blok kopolimer

3 Düzensiz kopolimer

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

1 Dogrusal

2 Dallanmis

3 Çapraz Bagli

Polimerlerin Molekül Agirliklari

Polimerlerin fiziksel özellikleri molekül agirligi ile iliskilidir Bu nedenle polimerlerden beklenen fiziksel özellikleri gösterebilmeleri için belirli bir molekül agirligina sahip olmalari gerekir

Genellikle molekül agirliginin artmasi ile yapida moleküller arasi çekim artmakda ve buda polimerin mekanik ve isi özelliklerini etkilemektedir Polimerlerin molekül agirliklari, jel geçirgenlik kromatografisi, viskozimetrik ölçüm, ozmotik ve basinç isik saçilmasi gibi yöntemlerle belirlenebilir

Polimerlerin Sentezi
Serbest Radikal Polimerlesmesi
Zincir polimerlesmesinin radikaller üzerinden yürüyen türüdür Serbest radikal polimerlesmesi üç asamadan olusur
Baslangiçta monomer molekülleri çesitli yöntemler kullanilarak radikal haline dönüstürülür Radikal olusumu, isi, fotokimyasal, radyasyon veya çesitli baslaticilar tarafindan saglanir Bu amaçla ortamda radikal olusturmak için en yaygin yöntem ortama disaridan bir baslatici eklemektir Baslatici, radikal olusturarak vinil grubundaki çift baga atak yaparak polimerizasyon islemini baslatmis olur Baslatici olarak çesitli peroksitler, diazo bilesikleri ve redoks çiftleri kullanilir

Peroksit baslaticilardan en yaygin kullanilani benzil peroksittir Bu baslatici isi ile kolaylikla parçalanarak serbest radikal olusturmaktadir Asagidaki sekilde benzil peroksit isi etkisi ile parçalanarak iki tane serbest radikale dönüsmektedir

Daha sonra baslama asamasinda olusan radikaller monomer molekülündeki çift baga atak yaparak polimerizasyonu baslatirlar Sekilde baslaticidan olusan radikaller etilen molekülündeki çift bagdan birini kirip yeni bir radikal olustururken böylece polimerizasyon reaksiyonunu da baslatmis olmaktadir

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

Polimerizasyon ilerledikçe polimer zinciri büyür ve molekül agirligi artar Polimerizasyonun bu asamasinda artik ortamda monomer sayisi azalmistir Bu nedenle ortamdaki radikaller sönümlenmeye baslar

Ortamdaki radikaller çesitli yollar ile (dallanma yeni çift bag olusturma veya bir baska radikal ile reaksiyona girerek) sönümlenir ve polimerizasyon islemi tamamlanir baktabul

Iyonik Polimerizasyon
Zincir polimerizasyonu serbest radikaller üzerinden oldugu kadar iyonlar ve koordinasyon komp*leks yapici ajanlar üzerinden de yürüyebilir Bir vinil monomerinin hangi mekanizma üzerinden polimerlestirilecegi, sübstüye gruba baglidir Örnegin halojenlenmis viniller (vinilklorür, vb gibi) ve vinil esterler yalnizca radikallerle polimerlestirilirler Eger, vinil monomerine elektron verici gruplar takilmissa yalnizca katyonik polimerizasyon söz konusudur

Iyonik polimerizasyon genellikle katalizörlerin ayri bir fazda bulundugu heterojen sistemleri içerir Reaksiyon hizi radikal polimerizasyonuna göre çok hizlidir Bazi durumlarda reaksiyon hizini kontrol etmek için polimerizasyon islemi çok düsük sicakliklarda gerçeklestirilir

Kondenzasyon Polimerizasyonu
Kondenzasyon polimerleri benzer veya farkli yapidaki poli-fonksiyonel monomerlerin, genellikle küçük bir molekül çikararak reaksiyona girmesiyle elde edilir Burada en önemli kosul mono*merlerin poli-fonksiyonel olusudur OH, COOH, NH2, gibi fonksiyonel gruplardan en az iki tane tasiyan monomerler ester*lesme, amidlesme, vb gibi reaksiyonlarla, küçük moleküller çikararak, kondenzasyon polimerlerini olusturular Poliüretanlarin elde edildigi üretan olusumu ve naylon 6' nin elde edildigi kaprolaktam halka açilmasi gibi, küçük molekül çikisi olmadan dogrudan monomerlerin katilmasi sek*linde yürüyen polimerizasyon reaksiyonlari da genellikle bu grup içinde degerlendirilir

Polimerizasyon Islemleri

Yigin Polimerizasyonu

Bu tür polimerizasyonda monomer, içine uygun bir baslatiçi ilave edildikten sonra, belli sicaklik ve basinçta dogrudan polimerlestirilir Bu prosesin en önemli özelligi oldukça saf polimerlerin üretilebilmesidir Proseste, polimerizasyon sonucu olusan ürün, üretim sonrasi ayirma, saflastirma, vb gibi prosesleri gerektirmez, dogrudan satisa sunulabilir Ayrica, diger proseslere göre daha ucuz makina ve teçhizat gerektirdiginden, basit ve ekonomik bir proses olarak degerlendirilir

Bu prosesin en önemli dezavantaji ortaya çikan isinin ortamdan kolay kolay uzaklastirilamayisi, dolayisiyla sicaklik kontrolünün güç olmasidir Bu hususa özellikle radikal polimerizasyonunda dikkat edilmelidir Bu tür polimerizasyonlar siddetli ekzotermiktir ve yüksek molekül agirlikli polimer moleküllerinin hemen olusmasi ortam viskozitesinin hizla artmasina neden olur Sicaklik kontrolü son derece zorlasir Yerel sicaklik artislari, poli*merin bozunmasma ve monomerin kaynamasi sonucu gaz olusu*muna, hatta siddetli patlamalara neden olabilir

Süspansiyon Polimerizasyonu
Bu polimerizasyon teknigi endüstiride büyük miktarlarda polimer üretiminde yaygin olarak kullanilmaktadir Bu polimerizasyonu sonucu polimerizasyon sartlarina bagli olarak 50 / 1000 mikrometre çapinda, gözenekli veya gözeneksiz partiküller elde edilir Süspansiyon polimerizasyonunda iki faz vardir

Monomer fazi
Dagitma fazi

Bir polimer süspansiyon polimerizasyonu için kullanilacaksa dikkat edilmesi gereken ilk özellik monomerin dagitma fazindaki çözünürlügüdür Monomerin, dagitma fazindaki çözünürlügünün çok düsük olmasi gerekir Bu amaçla hidrofilik monomerler için yag ve petrol eteri gibi hidrofobik sivilar kullanilir Hidrofobik monomerler için de su, dagitma fazi olarak kullanilir Monomer damlaciklari yapisinda çözünmüs olarak baslaticiyida içerirler Isi vb etkiler ile polimerizasyon reaksiyonunun baslatilir Reaksiyon sonucunda her monomer damlasi bir polimer partiküle dönüsür

Süspansiyon polimerizasyonunda karsilasibilecek en büyük sorun partiküllerin birbirlerine yapisarak birikmesidir Bunu eklemek için dagitma fazina partikülleri stabil olarak ortamda tutabilecek stabilizör maddeler eklenir Partikül çapi kullanilan stabilizatöre ve ortamin karistirilma hizina bagli olarak degisir

Emülsiyon Polimerizasyonu

Emülsiyon polimerizasyonunda birbiri ile karismayan iki faz söz konusudur Monomer fazi dagitma fazi içinde emüsyon halinde dagitilmistir Süspansiyon polimerizasyonundan farkli olarak burada baslatici dagitma fazinda çözünmüstür Çesitli emülsiyon yapici maddeler kullanilarak monomer fazi dagitma fazi içinde emülsiyon halde stabil olarak tutulur Bunlardan en yaygin kullanilan sodyumdodesilsülfattir Bu polimerizasyon teknigi ile 1 mikrometre civarinda tek düze küresel partiküller elde edilir

Dispersiyon Polimerizasyonu

Bu polimerizasyon teknigi ile 1 '10 mikrometre arasinda tekdüze küresel polimer partiküller elde edilir Dispersiyon polimerizasyonunun özelligi monomer fazi, dagitma fazinda çözünmektedir ama polimerizasyon isleme sonunda olusan polimer dagitma fazinda çözünmemektedir

Fenolik reçineler
Kimyasal korozyona karşı yüksek dirençli, iyi ısısal kararlılık, düşük nem geçirgenliği ve kolay işlenebilirlik
Yapıştırıcılar, elektrik aletleri parçaları, kalıplanmış malzemeler, levha ve plakalar, fren astar ve balatasında
Amino reçineleri
Kimyasal direnç, üstün yüzey sertliği, iyi ısısal kararlılık ve iyi renk koruma
Dekoratif malzeme, yapıştırıcılar, levha ve plakalar, tekstil işlemlerinde kalıplanmış malzemeler,kontrplak ve kağıt kaplama
Poliesterler
Alevlenmeye ve kimyasallara karşı üstün direnç, düşük fiyat, üstün mekaniksel ve elektriksel özellik, üstün ısısal kararlılık
Yapı malzemeleri, levha ve plaka, hava ve deniz taşıt parçaları, lif dekoratif malzeme, misina ve kayak malzemesi
Alkit reçinleri
Kimyasal direnç, üstün elektriksel ve ısıl özellik ve geniş esneklik-sertlik aralığı
Elektriksel yalıtkan, boyalar, cam macunu, elektronik alet parçaları ve cam lifi takviyeli parçalar
Polikarbonat
Şeffaf, iyi sürünme direnci, lekelenmeye karşı direnç, yüksek kırılma indisi, iyi boyutsal kararlılık ve üstün kimyasal ve elektriksel özellik
Yalıtkan malzeme, metal malzeme yerine, lens, elektrik aletleri parçaları, fotoğraf filmi, döküm kalıplama ve emniyet baretleri
Poliamit
Kimyasal direnç, sertlik, iyi aşınma direnci, kolay kalıplanabilirlik, hafiflik ve düşük sürtünme katsayısı
Şişe, lastik, lif, paketleme, dikiş ipliği, çeşitli aletler, dişli ve misina
Poliüretan
İyi kimyasal fiziksel ve elektriksel özellikler, diğer reçinelerle kullanıldığında üstün ürün çeşitliliği
Roket yakıtı bileşeni, izolasyon, köpük ve elastromer
Polieter
Değişik biçim ve boyutta kolay işlenebilirlik, çoğu asit alkali ve tuzlara karşı üstün direnç
Su saati parçaları, vana, pompa dişlileri ve tabakalar
Epoksi
İyi yapışma özelliği, üstün elektriksel özellik, iyi ısı yalıtımı, setlik, düşük büzülme ve sütün kimyasal direnç
Yer döşemesi, yapıştırıcılar, ince levha ve plakalar, yüzey kaplamaları ve astarlar
Silikon
Esneklik, inert, oksidasyona direnç, üstün elektriksel özellik ve iyi ısıl özellik
Kauçuk, su itici malzeme, levhalar, köpüklenmeyi önleyici ve kapsülleme malzemesi
Polietilen
Dış ortamda neme karşı iyi direnç, esneklik, zayıf mekaniksel kuvvet ve üstün kimyasal dürenç
Kap ve kutular, oyuncak, mutfak eşyaları, kaplamalar, boru ve tüp, kablolarda yalıtkan tabakalar ve paketleme ve ambalaj filmi
Polipropilen
Kokusuz ve şeffaf düşük yoğunluk, iyi ısıl direnç, üstün yüzey sertliği, kırılmazlık, üstün kimyasal direnç ve iyi elektriksel özellik
Levha ve tabakalar, lif boru ve tüp, elektronik alet parçaları, oyuncak, mutfak eşyaları, tıbbi malzeme(steril edilebilir) ve çeşitli aletler
Poli(vinil klorür)
Üstün fiziksel ve kimyasal özellik, işleme kolaylığı, nispeten düşük fiyat diğer polimerlerle iyi uyum ve üstün kimyasal direnç
Boru ve tüp, yapıştırıcı, inşaat malzemesi, atık su deposu, su tesisat malzemesi ve yağmurluk
Polistiren
Uv ışınlarına direnç, iyi vurma ve gerilme direnci, düşük fiyat ve işleme kolaylığı, asit alkali ve tuzlara karşı üstün direnç
İzolasyon malzemesi, ince cidarlı kaplar, soğutma kuleleri, boru köpük, kauçuk, çeşitli aletler, otomobil parçaları ve paneller
Selülozik
Dış ortamda dayanıklılık, yüzey parlaklığı, yüksek vurma direnci, düşük ısıl iletkenlik ve yüksek dielektrik özelliği
Tekstil ve kağıt endüstrisi, manyetik bant, paketleme ve ambalaj malzemesi, kalınlaştırıcı, boru ve tüp
Akrilik
UV ışınlarına direnç, kristal parlaklığı, orta derecede kimyasal direnç, iyi vurma ve gerilme direnci asit ve alkali tuzlara karşı üstün direnç
Lens, elastromer, dekoratif yapısal paneller, aydınlatma sistemleri, pencere ve gölgelik, tabela reklam panosu ve yapıştırıcı

POLiMER KiMYASININ KISA TARiHi :

• Kızılderililer başlangıçta sıvı olan kauçuğun özsuyu ile ayaklarını kapladıktan sonra havadaki oksijenin etkisi ile bazı noktalardan bu moleküller birbirlerine bağlanırlardı Bu bağlanmalar nedeniyle artık moleküller birbirlerinden kolayca ayrılamazlar , böylece sıvıdan katı duruma geçilir Fakat bu katı biraz özeldir Bu katı yapı içerisinde küçük moleküler hareket edebilirler ve tüm yapıda hareketlidir Yapının bir balık ağı gibi davrandığı düşünülebilir Bu nedenle bu yapı kısmen katı kısmen sıvı gibi davranır Bu madde kauçuk olarak adlandırılır Bununla beraber bu kauçuk ayakkabı bir gün içerisinde dağılırdı Çünkü havadaki oksijen ilk olarak molekülleri birbirine bağlamasına karşın bir süre sonra oksijen, zincirleri kesmeye baslar ve birgün sonunda da yapı dağılırdı

• Çinliler’in 1400'lü yıllarda yaptıkları , balmumuna daldırılmış kumaştan şemsiye , daha sonra “Direkt Kaplama” olarak isimlendirilecek işlemin tarihteki ilk uygulamasıydı Kumaşın tamamiyle farklı bir malzemeyle kaplanarak (birleştirilerek) işlevini daha iyiye götürme fikri böyle oluştu

• Bugün kullandığımız PVC ve PU gibi polimerlerin atası 1839 yılında Goodyear tarafindan üretildi Goodyear, kükürtle vulkanize edilmiş kauçuk olan Libonit’i üretti 1849 yılında Charles Goodyear kauçuk ağacının özsuyunu kükürt ile kaynattığında esnek , sağlam siyaha yakın bir madde elde etti Goodyear'ın bu buluşu halen üretimdedir , fakat o yıllarda henüz polimer kavramı ortaya atılmamıştı

• Polimerlerin ikinci büyük grubu olan plastiklerin ilk ürünü ,1868 de Amerika'da John Wesley Hyatt tarafından pamuk selülozunu nitrik asit ve kamfor ile etkileştirilerek hazırlanan yarı sentetik polimerdi

• 1900’lü yıllarda İtalya’da Direkt Kaplama işlemiyle mezure üretildi Takip eden yıllarda 1 dünya savaşı esnasında Almanlar ilk U-Boat modelini ürettiler Ancak dış etkenlere karşı son derece dayanıksızdı

• 1920-1930 yılları arasında Alman kimyacı H Staudinger “Makromolekül” hipotezini ortaya attı ve deneysel olarak ispatladı İşte bu tarihten sonra polimer kimyası dünyada bir devrim yarattı

• 1960’lı yıllarda kumaş ve plastik özelliklerini aynı anda içeren bir yapıdan bahsedilmeye başlandı Yüzey, doğal deri efekti verirken sağlamlığını kumaş sağlıyordu Bu yıllarda “Transfer Kaplama” ortaya çıktı O yıllarda kullanılan transfer kağıtları en fazla 100 ºC'ye dayanıklıydı Teknolojinin ve malzeme bilgisinin gelişimiyle suni deri uygulamaları bugünkü halini aldı

POLiMERLERİN EKONOMİ ALANLARI:

• GİYECEKLERİMİZ :

Belki de birçoğumuz ayakkabılarımızın polimer bir malzemeden yapılmış olduğunu hiç düşünmemiştik Kiminin derisi farklı kiminin altının yumuşaklığı farklıdır Deriden bahsediyorsak derinin kendisi doğal bir polimerdir Yürüyüş botlarının pek çoğunun altı poliüretandan yapılmıştır Bazılarının yapısında PVC'ye rastlanır Bazen de naylondan yapılmış ürünleri kullanırız Üzerimize giydiğimiz eşyalardan pekçoğu yün , pamuklu (selüloz) doğal polimerik maddelerden veya suni yollarla elde edilmiş olan polyester, poliakrilonitril (yapay ipek) gibi pekçok polimerik ürün kullanırız
Yalnızca günlük hayatımızda her gün kullandığımız giyeceklerin yanısıra denizde de kullanılacak pek çok ürün polimerik malzemelerden yapılmıştır Kloropren ve poliüretan ürünler bunlara örnektir

• AMBALAJLAMA , KORUMA VE BAZI ÜRÜNLER :

Bugün ürünlerin korunması ve taşınmasında kullanılan ambalajlama kendi başına bir alan olmuştur Bunu en basit şekliyle bir süpermarkete girerseniz açıkça görebilirsiniz Hemen hemen tüm ürünler paketlenmişlerdir Paketlemede kullanılan malzemelerin hemen hemen hepsi polimerik malzemelerden hazırlanmışlardır Evlerimizde de benzeri pek çok malzeme kullanırız Bu malzemelerin bazıları naylon olduğu gibi bazıları polipropilenden , polyesterden veya polietilenden yapılmıştır
Çocuk pedlerinde su sızdırmaz polietilen veya doğal kauçuk kullanılır Fakat belki de Pedin en önemli kısmı poliakrilik asit kısmıdır Kendi ağırlığından çok daha fazla suyu absorbe edebilir
Şampuanlarda hidroksietilselüloz bulunur Saç spreylerinde ise ; polivinilprolidondan yararlanılır

• FOTOĞRAFÇILIK , GÖZLÜKLER VE LENSLER :

Fotoğraf filmleri eskiden selüloznitrattan yapılırdı Daha sonraları kolayca yanan bu ürün yerini, selüloz asetata daha sonra o da yerini polyestere bıraktı
Bugün fotoğrafçılıkta kullanılan sert ve şeffaf renkli filtreler polikarbonattan yapılmaktadır
Gözlük camlarının yerini ise daha hafif ve kırma indisi camdan daha fazla olan polikarbonat gözlük camları almaktadır Kontak lenslerde ise polimetilmetakrilat kullanılmaktadırAraba farları da çoğu kez akrilatlardan hazırlanmaktadır

• EV YAPI MALZEMELERİ :

Evlerimizde en çok kullanılan yapı malzemelerinden biri , temel elemanı selüloz olan ağaç malzemelerdirPVC borular evlerdeki su tesisatının en önemli elemanlarıdır Evdeki elektrik tesisatındaki bakır teller dışındaki hemen her şey polimerik malzemelerden yapılmıştır PVC kapı ve pencereler ucuz ve ısı yalıtımındaki avantajları nedeniyle binaların büyük bölümlerinde kullanılmaktadır Bazı çatlak ya da deliklerdeki su geçirmezliği sağlamak amacıyla silikonları da sık sık kullanırız
Ayrıca ev dekorasyonu ve döşemesinde kullanılan pekçok polimerik ürün vardır Yer döşemesinde kullanılan lekelenmeye dirençli politetrafloroetilenden yapılmış halıların yanısıra pekçok halı tipini kullanırız
Akrilik lateks boyalar polimetilmetakrilat bazen polivinilasetat kopolimeri içerirler

• TAŞIMACILIKTA :

Modern bir otomobilde; lastikler , lastik fiberleri , döşemeler ve boya hariç yaklaşık 150 kg polimer madde kullanılır
Uçaklarda yakıttan tasarruf edebilmek için metal kullanımı hızla azaltılmaktadır Çünkü polimerik maddeler metallerden daha hafiftir Daha hafif oldukları içinde havadayken metallere göre daha az yakıt harcanmasını gerektirirler

• BİZ VE SAĞLIK :

Eğer tek hücreli canlılardan , çok hücreli canlılara kadar temel yapının ne olduğunu sorgulayacak olursak, temel yapı bilgisini taşıyan DNA veya RNA’nın temelde 20 kadar aminoasit ve bunları birbirlerine bağlayan fosfat bağlarından meydana geldiğini görürüz Gerçi organizmada bulunan amino asitlerin sayısı daha fazladır Ama yine de canlılardaki bu çeşitlilik amino asit sıralamasındaki değişiklikten ve konformasyonlarından kaynaklanmaktadır Ayrıca hangi organı düşünürsek düşünelim onun tekrarlanan moleküler yapılardan oluştuğunu görürüz Dolayısıyla günümüzde yapay doku çalışmalarında polimerlerin önemi her geçen gün daha da artmaktadır

Polimerlerin kullanıldığı pekçok yer belirtilirken karşımıza hemen hergün çıkan ürünlerden yalnızca bir kısmı ele alınmıştır Eğer etrafımıza daha dikkatli bakarsak , sözünü ettiğimiz ürünlerden çok daha fazlasını görebiliriz
Polimer kimyasının önemini vurgulamak için söylenilecek son söz , belki de; ABD de kimyasal araştırmalar için ayrılan bütçenin üçte birinden daha fazlasının polimer kimyası araştırmalarına ayrıldığını belirtmek olabilir