Polipropilen (PP), polistiren (PS) ve polivinil klorür (PVC), RCH = CH2
genel formülüyle tanımlan monomerlerden üretilen polimerlerdir. Bu polimerler,
monomerlerinin özel yapıları nedeniyle, özel katalizörler (Ziegler-Natta
ve/veya metallocene) eşliğinde üretildiğinde stereoregüler yapı gösterirler.
Stereoregüler polimerler (veya stereospesifik polimerler de
denir), doğrusal moleküllerin aynı boyutsal konfigürasyondaki tekrar
birimlerden oluştuğu (izotaktik), veya aynı olmayan, fakat dönüşümlü olarak
muntazam şekilde tekrarlanan gruplardan oluştuğu (sindiyotaktik) polimerlerdir;
veya, tek bir ardışık düzende bulunan ve bir stereo (üç boyutlu) tekrar birimi
ile tanımlanabilen makromoleküller şeklinde de tarif edilir. Stereo tekrar
birimi, bir polimer molekülünün ana zincirindeki izomerizasyonun belirlediği
konfigürasyona sahiptir. Örneğin, polipropilen, polistiren, polivinilklorür
gibi; polipropilen üretiminde propilen (R=CH3), polistirende stiren
(R=C6H5), polivinilklorürde vinil klorür (R=Cl)
monomerleri kullanılır. Stereo düzen, pek çok durumda polimerin kristal halini
tanımlar.
Farklı stereoizomerler çok farklı fiziksel özellikler
gösterirler; örneğin, ataktik polipropilen kullanışsız, yumuşak ve yapışkan bir
madde olduğu halde, izotaktik polipropilen kristallik derecesi çok yüksek olan,
fiber üretiminde kullanılabilen bir polimerdir.
CH2 = CHR tipindeki bir monomer çift bağı
açılarak farklı yerleşimlerde iki tekrar birimine dönüşür.
Bu birimlerin aynı zincir konfigürasyonda olanlarının (I veya II) baş-kuyruk düzenlenmesiyle izotaktik, İki farklı konfigürasyonun baş-kuyruk düzeninde ardarda bulunması durumunda bir sindiyotaktik, ve iki birimin rastgele sıralanmasıyla da ataktik bir polimer meydana gelir.
Polietilen, polipropilen, polistiren ve polivinilklorür,
petrokimyasal ürünler zincirinde tüketimleri en fazla olan polimerlerdir. Her
biri farklı üretim yöntemleriyle elde edilirse de, bu polimerlerin hampetrol ve
doğal gazla başlayan üretim serüveni belirli noktalara kadar aynıdır. Aşağıda
verilen blok diyagramda görüldüğü gibi, ara ürünler, iki fabrikadan (veya
kompleks) geçerek petrokimya kompleksindeki üç temel fabrikalara girinceye
kadar belirli bir yol izlerler. Elde edilen monomerler, polimer fabrikalarında özel
üretim yöntemleriyle polimerlerine dönüştürülürler.
POLİPROPİLEN (PP)
Polipropilen ilk defa 1950 yıllarında Karl Ziegler (Alman)
ve Giulio Natta tarafından propilenin Ziegler-Natta katalizörleriyle polimerizasyonuyla
elde edildi. 1980’li yıllarda metallosen katalizörlerinin geliştirilmesi ve
1991 yılında ticari bir katalizör olarak kullanılmaya başlanmasıyla
sindiyotaktik polipropilen üretimi de başladı.
Polipropilen üretim şeması
Propilende bulunan CH3 grubu etilen molekülünden
farklı olarak molekülün asimetrik olmasını sağlar. Yapısal farklılık değişik
özelliklerde polipropilenler elde edilmesini sağlar. Polimerizasyon koşullarına
bağlı olarak polimer zincirlerindeki CH3 gruplarının dizilişleri de
farklı olur; izotaktik, sindiyotaktik, ataktik gibi.
Bir diğer tür, elastomerik özellikler gösteren, zincirler
üzerinde izotaktik ve ataktik blokların peşpeşe yer aldığı termoplastik elastomer
polipropilendir. Bunlarda çapraz bağlar yoktur, izotaktik bloklar kendi
içlerinde kristalin bir yapı oluştururlar ve yumuşak ataktik bloklar
aracılığıyla birbirleriyle bağlantı kurarlar. Ataktik polipropilen normal halde
kauçuksu yapıdadır, ancak kuvvetli değildir. Sert izotaktik bloklar kauçuksu
yapıları yakalayarak malzemenin daha kuvvetli olmasını sağlar.
Polipropilen, günümüzde, pazar payı en yüksek olan ikinci
plastik konumundadır, çok yönlü bir polimerdir; plastik, fiber ve elastomerik
amaçlarla kullanılabilir. Plastik olarak, 160 0C’nin altında
erimediğinden bulaşık makinesinde yıkanabilir yiyecek kapları üretimine
uygundur. Fiber amaçlı kullanımda en yaygın alan iç ve dış mekanlarda halı
kaplamalardır; örneğin yüzme havuzları kenarlarında ve mini golf sahalardaki
yapay halılar, v.s. gibi ürünler sayılabilir.
Endüstride kullanılan polipropilenin büyük kısmı izotaktik
yapılıdır. Bazı uygulamalarda ataktik polistiren de kullanılmaktadır. Sindiyotaktik
polipropilen daha yumuşaktır, fakat daha berrak bir görünümü vardır. İzotaktik
polipropilen yerine kullanılamasa da film, tıbbi gereçler, yapıştırıcılar ve
ekstruzyon ürünleri yapımında kullanılan diğer polimerlerle rekabet edebilecek
özellikler içerir.
POLİSTİREN (PS)
Polistiren bilinen en eski vinil polimerlerinden biridir; ilk olarak Fransız kimyacı M. Berthelot tarafından 1851’de benzen ve etilenin sıcak tüplerden geçirilmesiyle elde edilmiştir. Genel amaçlı ve kristalin homopolimerleri ile, stiren-akrilonitril (SAN), stiren-maleik anhidrid (SMA), stiren-bütadien (SBR) ve stiren-akrilikler gibi çeşitli kopolimerleri bulunur.
Stiren ortam sıcaklığında bile çok kolaylıkla
polimerleşebilen bir monomerdir; ancak bu koşullarda polimerizasyonun
tamamlanması aylarca sürer. Sıcaklığın artması polimerizasyonu hızlandırır;
örneğin, 150 0C’de polimerizasyon süresi sadece birkaç saattir.
Isının yükseltilmesiyle beraber bir başlatıcı (katalizör) ilave edildiğinde
reaksiyonlar daha kısa sürede biter. Yüksek molekül ağırlıklı ve dayanıklı ürün
elde etmek, yan reaksiyonları asgariye indirmek için proseslerin çoğu orta
derecelerdeki sıcaklıklarda ve bir başlatıcıyla yapılır.
Polimerizasyon koşulları ve kullanılan katalizör
sistemlerine bağlı olarak izotaktik, sindiyotaktik ve ataktik yapılı polistiren
elde edilir. Ziegler-Natta katalizör sistemiyle ile yapılan polimerizasyonda
izotaktik polimer yanında bir miktar amorf ürün de elde edilir. Amorf
polistirenin miktarı katalizördeki Al/Ti oranının belirli bir seviyenin altına
düşmesine paralel olarak artar; reaksiyon, katyonik polimerizasyon mekanizmasıyla
ilerler.
Polistiren üretim şeması
Polistiren kolay kırılan, darbe direnci düşük, çözücülere dayanıksız bir plastik olup oldukça sınırlı yerlerde kullanılabilir. Stirenin kopolimerizasyonu ile elde edilen polimerik ürünler ise polistirenin kullanım alanlarını genişletmekte ve bu polimerin bildiğimiz en faydalı maddelerden biri olmasını sağlamaktadır.
POLİVİNİLKLORÜR (PVC)
PVC’nin vinil klorürden üretimi 1912 yılında başladı, ancak
elde edilen polimerler kararsız ve kolay parçalanan ürünlerdi. Polimerin
kararlılığını sağlayan katkı maddelerinin geliştirilerek kompaundlama yapılması
1930’lu yıllarda başarıldı.
Poli(vinil klorür), vinil klorürden elde edilen amorf bir
termoplastiktir. Hafiftir, uzun ömürlüdür, sudan etkilenmez. Karbon atomlarına
bağlı klor atomları poli(vinil klorür)’ün sert ve yanmaya dayanıklı bir plastik
olmasını sağlar.
Polivinilklorür üretim şeması
Polivinil klorür sağlam, hafif, dayanıklı, alevlenmeyen ve
çok iyi izolasyon özellikleri olan ve çok yönlü bir plastik maddedir; sert ve
sıkıdır. Fakat plastifiyanlar ilave edildiğinde çok esnekleşir. Asitlere,
tuzlara ve pek çok petrol ürünlerine dayanıklıdır, fakat aromatik hidrokarbonlar
ve klorlu bileşiklerden etkilenirler. Mantar üremesine izin vermez, değişik
renklerde üretilebilir.
Dünyada üretilen polivinilklorürün yarıdan fazlası
konstrüksiyon malzemesi imalatında kullanılır. Yapım elemanı olarak PVC ucuzdur
ve kolay monte edilir. Son yıllarda ağaç, beton ve kil gibi geleneksel pek çok
malzemelerin yerini PVC almıştır; pencere profilleri, plaklar, borular,yer
kaplamaları, çatı malzemeleri, elektrik kabloları, v.s., gibi. Sanayide sıvı
taşıma boruları, yerleşim alanlarında su ve atık su boruları, profiller, çok
çeşitli amaçlı şişeler, yağmurluk, eldiven, kompakt disk ve bilgisayar
kasaları, v.s. gibi fazla ürün yapımında kullanılır.
