Plastikler, polimerlerden elde edilen ürünlerdir. Polimer,
tekrarlanan birimlerden meydana gelen, basamaklı
veya zincir reaksiyonuyla
elde edilen, doğrusal ve/veya dallanmış uzun zincirlerdir. Tekrar
birimleri tek bir tür olabileceği gibi iki veya daha fazla farklı türlerde de
olabilir (homopolimer ve kopolimer).
İhtiyaca göre, iki veya daha fazla polimerin karıştırılmasıyla kristalin, yarı-kristalin ve amorf özelliklerde çeşitli
polimerler üretilebilir; bunlar, poliester,
poliamid, stirenik v.s. gibi moleküler yapılarda olabilir. Üretim
aşamalarında kazandırılan tüm fiziksel veya yapısal özellikler polimerin işlenebilirlik ve mekanik özelliklerini belirleyen en
önemli etkenlerdir. Bu kavramlar, aşağıda kısaca açıklanmıştır.
Homopolimer ve
Kopolimer
Polimerler yapısal olarak kabaca
homopolimerler ve kopolimerler olarak sınıflandırılır. Homopolimer tek bir tür
monomerle (a), kopolimer iki veya daha
fazla türde monomerle (A, B gibi) üretilen polimerler olarak tanımlanır.
Kopolimerler de tekrar birimlerinin polimer zincirindeki düzenlenmesine göre,
aşağıdaki şemada görüldüğü gibi değişik adlar alırlar.
Reaksiyon Mekanizması
Polimerler, elde edildikleri
reaksiyonların mekanizmalarına göre iki ana gruba ayrılır; basamaklı reaksiyon
polimerleri, zincir reaksiyonu polimerleri.
Naylonlar, asetaller ve
poliesterler gibi bazı polimerler basamaklı reaksiyon polimerizasyonuyla
üretilir; aynı veya farklı tipteki monomerler (genellikle bifonksiyonel gruplu)
birleşerek polimer zincirleri oluşurken reaksiyonun her aşamasında küçük bir
molekül (su, NH3, CH3OH, HCl, CO2, v.s.)
ayrılır. Bu reaksiyonlar genellikle kondensasyon reaksiyonu üzerinden yürür.
Oluşan moleküllerin uzunluğu, aktif zincir uçlarının sayısına bağlıdır; bu
uçlar, ortamdaki monomer, dimer, oligomer, v.s., gibi diğer moleküllerdeki
aktif uçlarla reaksiyona girerek zincirin büyümesini sağlar.
Polietilen, polistiren, akrilik ve
polivinilklorür gibi bazı polimerler zincir reaksiyonu polimerizasyonuyla elde
edilir; reaksiyon aktif bir başlatıcının monomerdeki çift bağa etki ederek
monomeri aktif hale geçirmesiyle başlar. Oluşan aktif grup diğer bir monomerle
birleşerek yeni ve daha büyük bir aktif merkeze dönüşür ve peşpeşe devam eden
monomer katılmalarıyla uzun zincirler oluşur. Reaksiyonlar aktif merkezlerin
sonlanmasıyla sona erer.
Genellikle, basamaklı reaksiyon
polimerizasyonu kondensasyon reaksiyonu üzerinden, zincir reaksiyonu
polimerizasyonu ise katılma reaksiyonu üzerinden yürür. Ancak basamaklı
reaksiyon olup katılma yoluyla, zincir reaksiyonu olup kondensasyon yoluyla
ilerleyen reaksiyonlar da vardır. Örneğin, alkollerin diizosiyanatlara ‘katılarak’
poliüretanları oluşturması basamaklı polimerizasyon reaksiyon mekanizması
üzerinden yürür.
Hetero bileşiklerin halka açılması
reaksiyonu CO2 ayrılmasıyla (kondensasyon) oluşan bir zincir
reaksiyonudur.
Zincir Şekli
Polimerizasyonda kullanılan
monomerlere ve reaksiyon koşullarına göre polimer zincirleri farklı şekiller
alırlar; doğrusal zincirler, dallanmış zincirler ve çapraz bağlı zincirler gibi.
Morfoloji
Doğrusal yapılı polimer zincirleri eğilip bükülerek
katlanmaya ve sıkışık bir düzen içine girmeye eğilimlidir; bu tür yapılarda
‘kristalin’ düzende (sıkı ve düzenlenmiş, veya paketlenmiş) bölgeler meydana
gelir. Kristalinite seviyesi %0-90 arasında değişebilir. Düzgün paketlerin
fazlalığı yüksek kristaliniteyi gösterir; bu tür ürünlere bazan ‘kristal’
polimer denir. %100 kristal yapılı polimer yoktur.
Yarı kristalin polimerler opak veya yarı şeffaftır, büzülme
özelliği yüksektir, kimyasal maddelere ve aşınmaya dayanıklıdır. Tipik yarı
kristalin polimerler arasında Polietilenler (LDPE, HDPE, v.s.), polipropilen,
asetal, polibütilen tereftalat, poliamidler, polimetilpenten, polifenilen
sülfür, polietereterketon sayılabilir.
Uzun dallanmalar veya fonksiyonel
gruplar içeren polimer zincirleri serttir, hacimli yan gruplar eğilip bükülmeye
veya katlanarak yeterli derecelerde sıkı bir düzene girmeye olanak vermez. Bu
tür maddeler ‘amorf’ polimerler olarak tanımlanır. Amorf polimerlerin düzgün
bir iç yapıları yoktur (spagettiye benzer), moleküler düzenlenme rastgeledir,
dolaşık ip veya sarım şeklindedir; büzülme özelliği zayıftır, kimyasal
maddelere ve aşınmaya dayanıklılıkları orta derecelerdedir.
Tipik amorf polimerlere örnek
olarak polistiren, polimetilmetakrilat, akrilonitril bütadien-stiren, stiren
akrilonitril, polikarbonat, polivinilklorür, polisülfon, polieter sülfon,
polieterimid gösterilebilir.
Moleküler Yapı
Polimerlerin yapısını, atomlar ve
bunlar arasındaki bağların konumunu gösteren polimerik zincirlerin düzeni
tanımlar. Polimerik zincirler, genellikle fonksiyonel gruplar olan çok sayıdaki
‘tekrar birimleri’nden oluşur. Her tür polimerin elde edildiği monomer veya
monomerlere bağlı özel tekrar birimleri vardır ve polimer bu tekrar birimlerine
göre adlandırılır (n, tekrar birimlerinin sayısını gösterir.)
Bazı polimerler elde edildikleri
monomerlere göre adlandırılır; örneğin, etilen monomerinden elde edilen polimer
polietilen, kaprolaktam monomerinden polikaprolaktam adlarıyla tanımlanır.
Bazı özel polimerler polimer
terminolojisine göre adlandırılamaz; bunların adları oldukça
karmaşıktır.Aşağıda bu tip polimerlere iki örnek verilmiştir.
Fiziksel Özellikler
İşlenebilirlik
Özellikleri
Bir polimerin, örneğin
kalıplanırken veya film çekilirken gösterdiği davranışlar onun
işlenebilirliğini tanımlar; işlenebilirliği iyi bir polimerin özellikleri
proses boyunca kararlıdır ve proses hızı yüksektir. Termoplastikler kolaylıkla
ergir ve kalıplanır; bunlar doğrusal veya dallanmış zincir yapılı olan
polimerlerdir. Termosetler ise ısıtıldıklarında ergimezler, parçalanırlar;
bunlar genellikle çapraz bağlıdırlar ve herhangi bir solventte çözünmezler.
Kalıplanamayacağından, bir termoset malzeme üretilmesi polimerizasyon
reaksiyonunun istenilen şekildeki kalıbın içinde yapılmasını gerektirir. İlave
şekillendirmeler çeşitli makinelerle yapılır.
Mekanik Özellikler
Kauçuklar veya elastomerler,
gerdirilip serbest bırakıldığında ilk haline dönen polimerlerdir; bunlar
genellikle çapraz bağlı malzemelerdir. Diğer katı polimerler, kullanım
alanlarına göre plastikler, yapıştırıcılar veya fiberler olarak tanımlanır.
Polimerlerin fiziksel
performansları, genellikle gerilme-gevşeme (stress-strain) özelliklerini
tanımlayan ‘tensile testi’ ile saptanır. Test, özel şekilde hazırlanmış bir
polimer örneğinin kontrollü bir hızla kopuncaya kadar gerdirilmesine dayanır.
Gerdirme süresince ve kopmadaki kuvvet, örneğin uzaması (l) ve eğrinin
altındaki alandan enerji miktarı hesaplanır.
POLİMERLERİK
ÜRÜNLERİN SINIFLANDIRILMASI
