Polimerler

Polimerler

Polimerlerle alakalı bu yazımda çok fazla ayrıntıya ve polimer kimyasına girmeden, polimerin ne olduğundan ve gündelik hayattaki kullanım alanlarından bahsetmek istiyorum.

Polimerin tanımını bilmek için önce monomerin tanımını bilmek gerekiyor:

mono - meros (Yunanca)

bir - parça

Monomer denilen küçük moleküllerin polimerizasyon tepkimesi sonucu kovalent bağ ile birbirlerine bağlanmasıyla polimer oluşur. Yani monomer tek parça, polimer çok parça anlamına gelmektedir.

n(monomer) " (polimer)_n

Bu gösterime göre n tane monomerin birleşmesiyle, yapısında n tane monomer bulunan bir polimer meydana gelir.

Doğal polimerlere örnek olarak polisakkaritler, protein, nişasta, selüloz, doğal kauçuk ve yün verilebilir. Doğal polimerler sentetikler kadar kolay işlenmezler. Bu sebeple sentetik polimerlere ihtiyaç duyulmuştur.

Polimer endüstrisi 1868’de selüloz nitratın üretilmesiyle başlar. Yani fildişi elde etmek çok sayıda fili öldürmektense fildişine benzeyen yarı sentetik selüloz nitrat maddesi bulunmuştur. 1909 yılında ise tamamen sentetik polimer olan bakalit ilk kez üretilmiştir.

Polimerleri diğer kimyasal maddelerden ayıran en önemli özellik molekül büyüklüğüdür. Polimerlerin üstün özelliklere sahip olmasının en büyük sebeplerinden biri bu molekül büyüklükleridir.

Polimerler kendi içinde termoplastikler, elastomerler ve termosetler olmak üzere üçe ayrılır.

Termoplastikler, günlük hayatta kullanılan polimerlerin büyük bir kısmını kapsamaktadır. Isıtıldıklarında yumuşarlar ve akışkanlıkları artar, soğuyunca tekrar sertleşirler. Bu şekil değiştirme sırasında hiçbir kimyasal değişime uğramazlar. Uygun çözücülerde çözünebilirler.

Yaygın kullanılan bazı termoplastikler:

Poliamid (PA)

Poliamidler naylon olarak bilinir. Bir rivayete göre 1930’lu yıllardaki kimyasal savaş sırasında Amerika naylonu bulmuştur ve Japonlara ithafen “Now You’ve Lost Old Nippon” yani “şimdi kaybettin eski Japonya” demişlerdir. Naylonun Naylon 6, Naylon 66, Naylon 610, Naylon 612 ve Naylon 11 gibi çeşitleri vardır. Su emme özelliği yüksektir. Sıcaklığa dayanıklıdır. Mekanik özellikleri iyidir ve dişli çark, kam, kaymalı yatak malzemesi olarak kullanılabilmektedir. Bunun dışında tekstil endüstrisinde, halat, fırça kılı, tenis raket örgüsü olarak kullanılır.

Polietilen Teraftalat (PET)

Polietilen teraftalat bildiğimiz pet şişenin malzemesidir. Güneş ışığında kaldığında içindeki birtakım maddeler suya geçer ve suyun tadını bozar. Mesela günlerce camın önünde beklemiş PET içindeki suyumuzun tadı iğrenç olur ya hani, heh işte sebebi budur. Elektrik ve elektronik endüstrisinde pek çok uygulama alanı vardır. Conta ve konveyör bantı gibi mekanik uygulamalarda, dekorasyon, ciltleme, daktilo şeridi, fotoğraf filmi, kanalizasyon ve temiz su boruları, paketleme, ev eşyası, oyuncak yapımı, kaplar, kablo ve boruların kılıflandırılması ve sac parçaların kaplanmasında kullanılır.

Polikarbonat (PC)

Aleve, havaya ve ultraviyole ışınlara dayanıklıdır. Besin maddeleri ve ilaçlarla direkt temas için uygundur. Darbe mukavemeti, kalınlığı arttıkça azalır. Damacanalarda genellikle polikarbonat kullanılır. Damacanalar ya 120 °C buharla ya da 90 °C suyla temizlenmelidir, PET bu sıcaklığa dayanıklı değildir ve damacanalarda PET yerine polikarbonat kullanılmasının sebebi budur. Polikarbonatın içine katkı maddesi eklenir ve bu çok kez kullanıldında suya geçer, yani sakıncalıdır. Ama şöyle bir durum var, eğer günde 20 litre su içersek bu kritik değere ulaşır. Yani 40 senedir polikarbonat damacanadan su içen birinin vücudundaki birikimle alakalı herhangi bir çalışma mevcut değildir. Elektrik alet parçaları ve emniyet baretleri gibi alanlarda da kullanılır.

Polietilen (PE)

Kimyasallara ve aşınmalara karşı dirençlidir. Darbe mukavemeti yüksektir. Nem emme özelliği hemen hemen sıfırdır. İyi bir yalıtkandır. Düşük yoğunluklu PE (low density polyethylene – LDPE) ve yüksek yoğunluklu PE (high density polyethylene – HDPE) olarak ikiye ayrılır. Paketleme endüstrisi, plastik mutfak ürünleri, otomotiv sanayii, altyapı malzemeleri, beyaz eşya ve makine parçaları, oyuncak ve tekstil, elektronik eşya parçaları gibi birçok alanda kullanılır.

Polipropilen (PP)

Rengi beyazdır ve çok iyi boyanma kabiliyeti vardır. Oksitlenmeye karşı zayıftır. Kokusuzdur. Isıya ve kimyasallara karşı dirençlidir. Otomotiv parçaları, tekstil, paketleme endüstrisi, halı, çuval, oyuncak, mutfak eşyaları ve tıbbi malzemeler gibi birçok alanda kullanılır.

Polistiren (PS)

Parlak ve berrak bir görüntüsü vardır. Yiyecek ve içeceklere karşı dayanıklıdır. Oksitlenmeye karşı çok dayanıklıdır. Darbelere karşı dayanıksızdır. Düğme, ışık düğmeleri, içecek şişeleri ve paketleme malzemesi olarak sıklıkla kullanılmaktadır. Bir de hani otomattan çay veya kahve aldığımızda onun şeffaf, sıcaktan yumuşamış bir karıştırma kaşığı olur ya, işte o da polistirendir.

Stiren-akrilonitril (SAN)

Polistirenin yetersiz kaldığı yerlerde kullanılır. Polistirene göre sıcağa daha dayanıklıdır. Yapısındaki akrilonitril 260 °C üzeri sıcaklığa dayanıklı olmadığı için yüksek sıcaklıklarda sararır. Suyu çeker, kurutmak gerekir ve bu da ekstra maliyettir. Buzdolabımızın şeffaf rafları stiren akrilonitrildir. Ev gereçleri, paketleme malzemeleri, abajurlar, tıp gereçleri, çakmak, pil ve diş fırçası gibi birçok yerde kullanılır.

Akrilonitril Bütadien Stiren (ABS)

Stiren akrilonitril içerisine bütadien konulmasıyla elde edilir. ABS serttir ve yüksek darbelere dayanıklıdır. Yüksek ısıya ve aleve dayanıklıdır. Uzun süre güneş etkisinde kalırsa darbe mukavemeti azalır. Çok parlak bir yüzeye sahiptir. Elektronik aletler ve beyaz eşya gibi alanlarda kullanılır.

Poliüretan (PU)

Poliüretan hem termoplastik hem de termoset olarak mevcuttur. İyi kimyasal, fiziksel ve elektriksel özelliklere sahiptir. Roket yakıtı bileşeni, izolasyon ve köpük malzemesi olarak kullanılır.

Polivinil Klorür (PVC)

Hem sert hem de yumuşak cinsleri mevcuttur. Ateşe dayanıklıdır, kendi kendini söndürebilir. Elektrik yalıtkanlığı çok iyidir fakat kimyasallara dayanımı azdır. Isıya maruz kalırsa renk değiştirir. Tek başına toksik etkisi yoktur fakat doğada çok geç çözünmektedir. Su boruları, cam çerçeveleri, tel ve kablo izolasyonu olarak, su şişesi olarak kullanılır.

Politetrafloroetilen (PTFE)

İsmi biraz korkunç gibi görünse de bu bildiğimiz teflon. Keşfi tesadüfen olmuştur. Yüzey enerjisi düşük olduğundan hiçbir şeye yapışmaz. Burada ilginç bir bilgi vereyim. Teflon çizildiğinde şu sebeple zararlı olur: çizilen yerin içine yemek kalıntıları yerleşir, temizlenemez, bunlar sonraki ısıtmalarda yanar, yanmış yemek kalıntıları da tabii ki sağlığımız için zararlıdır. Yani normalde teflon yersek ölmeyiz :) Bir de teflon yandığı zaman toksik gazlar açığa çıkar. Hemen bir bilgi daha: teflon aslında beyazdır, içine siyah renk veren madde konur.

Elastomerler, esnek ve elastik polimerlerdir. Çekme ile büyük oranda uzama gösterirler ve çekme kuvveti kalkınca hızla ilk boyutlarına dönerler (Esnetildiklerinde ilk boylarının 100 katına kadar çıkabilir, bırakılınca ilk boyuna geri döner).

Bazı elastomerlere örnek verecek olursak:

Stiren-bütadien (SBR)

İsminden de anlaşılacağı gibi stiren ve bütadienin kopolimeridir, yani yapısında hem stiren hem de bütadien vardır. Stiren oranı arttıkça mekanik özellikler artar. Lastik üretiminde kullanılır.

Polibütadien

Viskoz sıvı haldedir. Aşınma özellikleri çok iyidir fakat yol tutma özelliği çok fazladır. Bu sebeple genellikle tek başına kullanılmaz. Başlıca kullanım alanı otomobil lastiklerinin üretimidir. Lastik dişi ve lastik duvarı gibi yerlerde de kullanılmaktadır.

Akrilonitril-bütadien (NBR)

Akrilonitril ve bütadien kopolimeridir. Lastik sektöründe kullanılmayan neredeyse tek kauçuktur. Hidrokarbonlara ve yağa karşı gösterdiği direnç için genellikle hortum yapımında kullanılır. Yakıt hortumlarının vazgeçilmez malzemesidir.

Silikon

Üretim teknolojisi çok zor olduğu için pahalıdır. Isıya dayanıklıdır, yandığında camlaşır. Tel ve kablo izolasyonu tipik kullanım alanlarıdır.

Termoplastik Elastomer

Proses sırasında termoplastik, kullanırken elastomer gibi davranır. Yumuşak dokunma hissi verir (bisikletteki dokunduğumuz kısım gibi). Göz ve burun damlası şişeleri, hortum kaplamaları, contalar, pencere profilleri ve kablo izolasyonu gibi birçok alanda kullanılır.

Termosetler, ısı ile eritilemez ve şekil değiştiremezler. Yüksek sıcaklıklarda bozunurlar. Yani ısı ile formları sabitlenir. Nasıl ki yumurta pişirdiğimizde beğenmeyip, soğutup eski haline gelmesini bekleyemeyiz, bu da öyle bir şey.

Bazı termosetlere örnek verecek olursak:

Fenol-formaldehit Reçineleri

Fenolik reçineler sert, kırılgan ve ısıya dayanıklı polimerlerdir. Özelliklerinin geliştirilmesi için genellikle dolgu maddeleri ilave edilir. Yüksek sıcaklıklara, kimyasal maddelere ve zayıf asitlere dayanıklıdır. Elektrik düğmesi, radyo ve televizyon kasaları, tost makinesi malzemeleri, araç parçaları, çamaşır makinesi parçaları, telefon, mutfak gereçleri ve çatı panelleri yapımında kullanılır.

Epoksi Reçineler

Kimyasal yapısı modifiye edilerek elastomerlerden çok sert polimerlere kadar uzanan geniş bir özellik yelpazesine sahip olması sağlanır. Metaller ve diğer plastiklerle kolaylıkla bağ kurabildiği için yapıştırıcı olarak kullanımı yaygındır. Bunun dışında ince levha ve plakalar, yer döşemesi ve yüzey kaplamalarında da kullanılmaktadır.

Doymamış Polyester Reçineler (DPE)

Cam elyaf ile birlikte kullanıldığında yüksek mukavemete sahip olması ve radyo dalgalarını geçirmesinden dolayı 2. Dünya Savaşı sırasında elektronik kasa malzemesi olarak otomotiv ve uçak sektöründe kullanılmıştır. Çok kırılgan oldukları için tek başına kullanılmazlar. Genellikle karbon elyaf ve cam elyafla takviye edilirler. Kaplama malzemesi, banyo küveti, boya reçinesi gibi yerlerde kullanılırlar.

Özge.