Genel ticari plastiklerin uygulama alanları çok çeşitlidir;
örneğin, paketleme filmleri, fotoğraf ve magnetik teypler, meşrubat kapları, çöp
torbaları, tabaklar ve tepsiler gibi mekanik özellikleri yüksek olmayan çeşitli
ev gereçleri, v.s. Bu gruptaki plastiklerin fiyatları düşüktür. Tipik örnekler
polietilen, polipropilen, polistiren ve polivinilklorürdür.
Genel ticari plastiklerin elde edildiği monomerlerden, özel
üretim yöntemleriyle ve/veya kopolimerizasyonla bazı mühendislik plastikleri
üretilebilir. Örneğin, ultra yüksek molekül ağırlıklı polietilen (UHMWPE),
polietilentereftalat (PET) ve akrilonitril-bütadien-stiren (ABS) gibi. Bunlardan
ilk ikisi etilenden diğeri stirenden üretilen birer mühendislik plastiğidir.
POLİETİLEN (PE)
Polietilen ilk olarak 1898 yılında Alman kimyager Hans von
Pechmann tarafından, başka deneyler yaparken tesadüfen elde edilmiş, ve ürüne
‘polimetilen’ adı verilmiştir. Polietilenin yüksek basınçta (LDPE) endüstriyel
olarak üretimi pek çok aşamadan sonra ancak 1939 yılında
gerçekleştirilebilmiştir.
Etilenin daha düşük basınçlar ve sıcaklıklarda farklı
katalizörlerle polimerizasyon çalışmaları Robert Banks ve J. Paul Hogan ve Karl
Ziegler ile sürdürüldü ve 1957’de yüksek yoğunluklu polietilen (HDPE) üretimi
yapılmaya başlandı. Ziegler katalizörü üzerinde çalışmalarla 1976 Walter
Kaminsky ve Hansjörg Sinn tarafından metallocene katalizörlerinin elde edilmesi
sağlandı. The Ziegler- ve metallocene-bazlı katalizör ailesi, etilenin diğer
olefinlerle kopolimerizasyonun gerçekleşmesini sağlamıştır. Böylece günümüzde
kullanılan çeşitli polietilen türleri üretilebilmektedir.
Polietilen süt beyazı, kokusuz, kararlı, yarı şeffaf ve
kimyasal maddelere dayanıklı bir termoplastiktir; etilenin polimerizasyonuyla
üretilir. Polimerizasyon işlemi, uygulanan prosese ve katalizörlere göre
radikal, anyonik veya katyonik mekanizma üzerinden yürür; elde edilen
polimerler birbirinden farklı özellikler gösterir.
Polietilenin mekanik özellikleri polimer zincirlerinin
uzunluğuna ve dallanma derecelerine, kristal yapıya ve molekül ağırlığına göre
değişir. Kısa zincirli ürünler kırılgan ve waks yapılıdır, uzun zincirli
yapılar sert plastiklerdir. Poliolefinin yoğunluğu arttıkça yumuşama noktası,
bulanıklık ve yağlara dayanıklılığı da artar.
Polietilenler mekanik özelliklerine bağlı olarak çeşitli
sınıflara ayrılırlar:
·
Alçak yoğunluklu polietilen (LDPE)
·
Lineer alçak yoğunluklu polietilen (LLDPE)
·
Yüksek yoğunluklu polietilen (HDPE)
·
Ultra yüksek molekül ağırlıklı polietilen
(UHMWPE)
Polietilenler, türüne göre bazı katkı maddeleri içerir:
·
Stabilizasyon katkı maddeleri; polimerin son
ürün haline dönüştürülmesi ve depolanması sırasında yapışma ve jelleşmesini
önler.
·
Kaydırıcı; sürtünme katsayısını düşürerek film
üretiminde polimere esneklik kazandırır ve filmin metal yüzeylere yapışmasını
önler.
·
Anti-bloklaşma katkı maddesi; polimerin
özellikle büyük filmler üretiminde bloklaşmasını engelleyerek üretimi
kolaylaştırır.
·
Ultraviole (UV) katkı maddeler; özellikle sera
filmleri gibi güneş ışığı altındaki kullanımlarda filmin kullanım süresini
uzatır.
Polietilenin tipik kopolimerleri arasında etilen-etilakrilat
(EEA), etilen-metilakrikat (EMA), etilen-vinilasetat (EVA) ve etilen-propilen
(EPM) sayılabilir.
Alçak Yoğunluklu
Polietilen (LDPE)
LDPE’nin yoğunluğu 0.910-0.930 g/cm3 arasında
değişir, polimer zincirlerinde bulunan fazla uzun dallanmalar nedeniyle amorf
yapıdadır, esnektir, kopmaya karşı çok dirençlidir ve kimyasal maddelerden
etkilenmez; moleküller arası kuvvetler zayıftır ve dipol-tesirle oluşan dipol
etkileşimi düşüktür. Bu özellikler polimerin gerilme kuvvetinin düşürür,
çekilebilirliğinin (ductilite) yükseltir. LDPE serbest radikal
polimerizasyonuyla üretilir.
LDPE talebi en fazla olan polimerlerden biridir; ucuzdur, film,
şişe, valiz, dondurulmuş yiyecek paketleri, oyuncaklar, v.s. gibi pek çok
plastik ürünün elde edilmesinde kullanılır.
Lineer Alçak
Yoğunluklu Polietilen (LLDPE)
LLDPE, yoğunluğu 0.916 and 0.930 arasında olan doğrusal
yapılı bir polimerdir, kısa dallanmalar vardır, uzun-zincirli olefinlerle (büten,
heksen, otken gibi a-olefinler) etilenin
kopolimerizasyonuyla elde edilir. Molekül ağırlığı dağılımı LDPE’den daha
dardır ve reolojik özellikleri oldukça farklıdır. Gerilme kuvveti ve darbeye
dayanıklılığı LDPE’den daha yüksektir. Şişirmeye müsaittir ancak bu özelliği
LDPE’e kıyasla daha zayıftır.
LLDPE, genellikle Ziegler veya Philipstip katalizörlerle
üretilir.
LLDPE paketlemede, kablo kılıflamada, konteyner, boru,
oyuncak, çöp sepeti, bazı giysiler, çanta gibi çeşitli malzemelerin üretiminde
kullanılır. Şeffaf ve esnek olması nedeniyle özellikle film üretimine tercih
edilen bir üründür.
Yüksek Yoğunluklu
Polietilen (HDPE)
HDPE’nin yoğunluğu 0.940-0.970 g/cm3 arasında
değişir, molekül morfolojisi LDPE’den farklıdır; uzun karbon zincirleri
üzerinde dallanmalar yok denecek kadar azdır, dolayısıyla kristalin (veya
yarı-kristalin) bir polimerdir; dolayısıyla moleküler kuvvetler şiddetlidir ve
polimerin gerilme kuvveti yüksektir. Dallanmaların belirli seviyeler altında
tutulması özel katalizörlerle (örneğin, Ziegler-Natta katalizörleri gibi) ve reaksiyon
koşullarıyla sağlanır.
Yapısal özellikleri HDPE’nin daha sıkı, sert, ve kuvvetli
olmasını sağlar; kullanım alanları arasında şişe, kova, sürahi, oyuncak,
sentetik kereste, darbeye dayanıklı tanklar, paketleme malzemeleri, borular,
v.s. sayılabilir.
Ultra Yüksek Molekül
Ağırlıklı Polietilen (UHMWPE)
UHMWPE, yoğunluğu 0.930–0.935 g/cm3 arasında
değişen ve molekül ağırlığı milyonlar (2-6 milyon) seviyesinde olan bir
polietilen grubudur. Yüksek molekül ağırlıklarının anlamı polimer zincirlerinin
kristal yapı içinde çok sıkı bir biçimde yerleştiği veya paketlendiğidir,
polimer çok serttir; termoplastik malzemeler arasında en yüksek darbe direncine
sahiptir. Kimyasal maddelere karşı dayanıklıdır, nem absorbsiyonu ve sürtünme
katsayısı çok düşüktür. Aşınmaya karşı, karbon çeliğinden 15 kat daha
dirençlidir. UHMWPE kokusuzdur, tatsızdır ve zehirli etkisi yoktur.
Üretimde, genellikle metallosene katalizörler kullanılır; toz
halinde elde edilir, toz, levha, tabaka veya çubuklar şeklinde pazarlanır.
Aşınma ve darbeye dayanıklı olduğundan doğrudan kalıplanabilir veya
şekillendirilebilir.
UHMAPE, ticari olarak 1950 yılında Ruhrchemie AG tarafından
üretildi. Otomotiv ve şişe üretim sanayinde kullanımı oldukça yaygındır.
UHMWPE, karbon sayısı 500 000 dolayına ulaştığında, çok sert
bir yapıya sahip olur. Tipik kullanım alanları arasında şişe makinelerinde bazı
parçalar, dokuma makineleri hareketli parçaları, yataklar, dişliler, borular,
bağlantı parçaları, sentetik buz, tıpta kalça veya diz bağlantı implantı ve
kurşun geçirmez yelek üretimi sayılabilir.
Diğer Bazı Polietilen
Türleri
Çok Düşük Yoğunluklu
Polietilen (VLDPE)
VLDPE, metallocene katalizörlerle üretilen ve yoğunluğu
0.880–0.915 g/cm3 aralığında olan çok miktarda kısa dallanmalı,
önemli derecede doğrusal bir polietilen türüdür. Kısa zincirler a-olefinlerle (1-büten, 1-heksen, 1-okten
gibi) sağlanır. Kullanım alanları arasında hortum, tüp, dondurulmuş yiyecek
paketleri, stretch film ve diğer
polimerlerle karıştırılarak darbe modifier malzemeler sayılabilir.
Orta Yoğunluklu
Polietilen (MDPE)
MDPE, Ziegler-Natta veya metallocene katalizörlerle
üretilen, 0.926–0.940 g/cm3 yoğunluklu bir polietilen türüdür. Darbeye
akmaya karşı dirençlidir. HDPE’ye göre çentiklenmeye ve gerilme altında
kırılmaya daha dayanıklıdır. Tipik kullanım alanları arasında gaz boruları ve
bağlantı parçaları, torba, shrink film, paketleme filmi ve çanta gibi
malzemeler sayılabilir.
Çapraz Bağlı
Polietilen (PEX veya XLPE)
Çarpaz bağlı polietilen, polimerik yapı içinde çapraz bağlar
oluşturulmuş orta ve yüksek yoğunluklu polietilendir. PEX’de polimer,
termoplastik özellikten termoset özelliğe kaymıştır. Bu haliyle polimerin
yüksek sıcaklığa dayanıklılığı artırılmış, akışkanlığı düşürülmüş ve kimyasal
direnci yükseltilmiştir. Tipik kullanım alanları arasında boru hattı
sistemleri, radyant ısıtma sistemleri, su boruları, yüksek gerilim elektrik
kablolarında izolasyon malzemeleri sayılabilir.
