PolimerNedir.comPolimerler hakkında bilmek istediğiniz herşey burada

Ağaç özünden elde edilen doğal kauçuk, çoğunlukla cis-1,4-poliizopren molekülünden oluşur. Kauçuk malzemeler sadece doğal kauçukla sınırlıdeğildir, farklı formülasyonlara sahip sentetik kauçuklar da bir asra yakın süredir sentezlenmektedir. Sentetik kauçuk genellikle elastomer adıyla anılır; ancak bazı tanımlamalara göre, sadece çapraz bağa sahip olan sentetik kauçuklara elastomer ismi verilir.  Elastomerler, doğal kauçuğa benzer olarak  kauçuk elastik özelliklerine sahiptir. Yani, çekme kuvveti altında, kopmadan asıl (ilk) uzunluğunun bir kaç katı kadar uzayıpkuvvet kaldırıldığında anında asıl (ilk) uzunluğuna geri döner.

Kauçuklar çoğunlukla entropi-dürtülü, termo-elastikiyetdavranışı gösterirler. Sabit bir yük altında çekilen kauçuk, ısıtıldığı zaman tersinir olarak büzülür. Aynı şekilde, kauçuk çekildiği zaman tersinir olarak çevreye ısı verir. Bunu basit bir şekilde test edebilirsiniz: Bir paket lastiği alın ve iki elinizle lastiği iki ucundan tutarken ortasını dudağınıza değdirin. Lastiği hızlıca çektiğiniz zaman, dudağınızın ısındığını farkedeceksiniz. Bu sıcaklık değişimi, kauçuğun deformasyon sırasındaki toplam iç enerjisinin (hemen hemen) sabit kalmasından kaynaklanır. Lastiği çektiğimizde sisteme verdiğimiz enerji, sistem tarafından dışarı ısı olarak verilmektedir. Bu test ve öncesinde bahsettiğimiz gözlem, kauçuğun çekme yükü altında entropisinin, özellikle konformasyonal entropisinin azaldığını gösterir. Yani, çekme sırasında gerilen polimer zincirleri, daha az uygun konformasyona geçerler ve polimer zincirlerinin alabileceği olası şekiller azalır. Bu sebeple konformasyonal entropileri de azalır (Şema 1). Konformasyonal değişimin yarattığı entropi düşüşünü anlamak için bir başka basit deney yapabiliriz. Elimize bir ip alalım ve ipi iki ucundan tutalım. İpin her iki ucunu birbirine yaklaştırdığımızda, ipi değişik şekilde büzebilir ve birçok farklı şekle sokabiliriz. Bunun aksine, ipin iki ucunu birbirinde uzaklaştırdığımız zaman ise ipin alabileceği şekilleri kısıtlamış oluruz. Bu sebeple, ipin oluşturabileceği olası konformasyonlar ipin iki ucu arasındaki mesafeyle ters orantılıdır.

Şema 1

Polimer molekülünün üzerine etki eden yükün büyüklüğü, serbest enerji-sehim eğrisinin eğimine eşittir. Kauçuklarda görülen anlık şekil değişikliği, moleküllerin segmental hareketlerine ve bundan dolayı da molekül zincir konformasyonlarının ani değişimine bağlıdır. Yine bu sebepten, zincirlerin farklı konformasyonal halleri arasındaki enerji bariyeri, termal enerjiden (RT) düşüktür.

Kauçukların tersinir şekil değişikliği (deformasyon) karakteri hafif çapraz-bağlı yapılarından kaynaklanır. Şema 2a’da gösterildiği gibi, zincir yapısında bulunan kovalent bağ ile oluşturulan çapraz-bağlar, polimer zincirlerinin birbirleri üzerinden kaymalarını engeller. Sülfür ile vulkanize edilen doğal kauçuğun içinde oluşan sülfür mafsalları (Şema 2b), elastikiyet özelliği için bir nevi önkoşuldur.

Şema 2

Kauçuk ağın üzerine etki eden çekme yükü, çapraz-bağ noktaları arasında bulunan polimer zincirlerini çekerek çekme yönünde yönlendirir. Zincirin entropisini düşüren bu değişim, entropik yükün artmasına sebep olur. Zincir konformasyonundaki değişimle beraber, molekülün içsel enerjisi de değişir. Zincirler arası içsel enerji ise zincirlerin birbirlerine bağlı kurduğu yapıya bağlı olarak değişiklik gösterebilir. Molekül içi ve moleküller arası görülen etkileşimler, elastik yükü (f)oluşturan etkilerden enerji katkısına tekabül eder. Elastik yük (f) ile polimer zinciri arasındaki bağı görmek için, entropik ve enerji katkılar termodinamik işlem içinde bir arada düşünülmelidir.

Kauçuk bir malzeme üzerindeki gerilim ve bu gerilimden dolayı görülen uzamayı açıklamak için iki ana durum belirlenmiştir:

-          Örgü halinde olmayan kauçuk elastikiyeti, ve

-          Örgü halindeki kauçuk elastikiyeti

Temel kauçuk elastikiyet davranışını anlayabilmek için örgü halinde olmayan sistemi inceleyerek başlayabiliriz. Kauçuk zincilerinin örgü halinde bulunmadığı durumu tanımlayan 2 ayrı model vardır:

1)      Afin-ağ modeli, ve

2)      Hayali-ağ modeli.

Afin-ağ modeli çapraz-bağ noktalarının sabit olduğunu ve malzemenin uzama oranına göre her zaman belirli bir pozisyonda durduğunu ileri sürer (Şema 3a). Ancak çapraz-bağ noktaları arasındaki zincirler istedikleri konformasyonu alabilirler. Hayali-ağ modeline göre ise, çapraz-bağ noktaları, ortalama pozisyonlarının dahilinde belirli bir oranda değişim gösterebilir (dalgalanabilir) (Şema 3b’de gösterilen içi boş dairelerdeki gibi). Çapraz-bağ noktaları arasındaki zincirler yine istedikleri konformasyonu alabilirler.

Şema 3

Kauçukların yük altındaki davranışlarının molekül yapısına bağlı değişimini incelemek için, afin-ağ modelini takip edelim ve kauçuk üzerine etki eden gerilime ve bu gerilimden dolayı oluşan uzamaya göz atalım.

Kauçuk üzerine etki eden yük, hacimsel değişimler ve bu değişimleri içeren termodinamik çözümü takip ettiğimiz zaman, moleküllerin üzerindeki yük ve moleküller arasında bulunan çapraz bağ arasındaki ilişkiyi aşağıdaki denklemle tanımlayıp açıklayabiliriz.

Denklemdeki σ çekme gerilimini, ρ yoğunluğu, R ideal gaz sabitini, T mutlak sıcaklığı (Kelvin), ve λ uzama oranını (l/l₀) gösterir. Tipik bir entropik-elastik malzeme davranışı olarak, RT/M_c ile ifade edilen modül (G olarak da gösterilir), sıcaklıkla doğru orantılıdır. Bu denklemden çıkan bir diğer önemli sonuç ise, modülün çapraz-bağlar arasındaki molekül ağırlığı (M_c) ile ters orantılı olduğudur. Çapraz-bağlar arasındaki molekül ağırlığı düşük olan, yani yüksek çapraz-bağ yoğunluğuna sahip olan, kauçuklar serttir ve bükülmeleri zordur. Çapraz-bağ noktalarının arasında kalan zincirin uzunluğu arttıkça (yani M_c arttıkça) zincirlerin konformasyonal değişimleri daha rahat olacağı, yani zincirler daha rahat hareket edebileceği için, elde edilen kauçuk esnek olur.

Kauçukların elastikiyetini ve çapraz bağlar arası molekül ağırlığını malzemeye uygulanan çekme testi ile kolayca görebiliriz. Şema 4′te verilen örnek çekme testlerinden de görülebileceği gibi, kauçuğun M_c değeri arrtıkça, esneme sonrası modül azalma eğilimi gösterir.

Şema 4

Polimer Fiziği sayfasına geri dönmek için tıklayınız.

Ek tanımlamalar:

Polimer zinciri segmental hareketleri: Polimer zincirinin tamamı belirli bir harekete sahip olduğu gibi, polimer omurgasında bulunan yan grupların, zincir sonundaki grupların ya da tek bir yinelenen birimin de kendi içinde yasaklanmış hareketli davranışları vardır. Bu kısa birimlerin uzayda (ör. çözeltide) gösterdiği hareketlere segmental hareketler denir.

Bu yazı toplamda 0, bugün ise 0 kez görüntülenmiş

Polimer Biliminin temeli, polimeri oluşturan moleküllerin nitelikleri ile, polimerlerin yığın özellikleri arasındaki ilişkilere dayanır. Bütün bu ilişkileri anlamak, karşılaştırmak ve karakterize etmek, hem polimer moleküllerinin davranışını hem de polimer son-ürününün uygulama niteliklerini kavramak açısından çok önemlidir. Polimer karakterizasyonu sadece akademik araştırmalarda değil, endüstriyel araştırma-geliştirme basamaklarında, ürün geliştirmede, ya da varolan bir ürünün hatalarını belirleme ve düzeltmede kullanılan geniş bir bilim dalıdır. Moleküler bazda yapılan polimer karakterizasyonu, çoğunlukla seyreltik çözeltide (<20g.dm^-3) hazırlanan deneyleri ve analizleri kapsadığı için, öncelikle polimer çözeltisi teorilerini irdelemek gerekir.

Polimer molekül karakterizasyonunun temeli olan polimer çözeltisi termodinamiği teorilerine girmeden önce, polimer çözeltisi kavramını basitçe anlamakla başlayalım.

Çözelti terimini, iki ya da daha fazla bileşiğin homojen bir karışım oluşturması olarak tanımlayabiliriz. Şekerin ya da tuzun suda çözünmesine benzer bir şekilde, polimerler de çözünme parametrelerine ve moleküler etkileşimlere bağlı olarak belirli çözücüler içinde çözünebilirler. Bir polimerin çözünme kabiliyeti moleküller arası ve molekül içi etkileşimlere bağlıdır. Tuz ya da şeker gibi küçük moleküllerden farklı olarak, makro-molekül olarak adlandırılan polimerler iri yapıya ve zincirler arası etkileşimlere sahiptir. Çözücü moleküllerinin polimer zincirleri arasına girmesi (difüze olması) ve bu etkileşimleri ortadan kaldırması çok kolay değildir. Çözünmenin gerçekleşmesi için uygun koşulların sağlanması gerekir. Polimerin ve çözeltinin etkileşimine bağlı olarak çözünürlük hızlı olabileceği gibi çok yavaş da sürebilir. Bazı sistemler bir kaç dakika içide çözünebilirken, bazı karışımların çözelti oluşturması haftalar ya da aylar sürebilir.

Polimer zincirinin çözünmesinin 2 ana basamaktan oluştuğu tahmin edilir. Birinci basamakta, çözücü molekülleri polimer zincirlerinin içine girer ve zincirin hacmini genişleterek, yani şişirerek (swelling), karışımın jel fazına benzer bir hal almasına sebep olur (Şema 1).

 

Şema 1

Eğer polimer-solvent etkileşim kuvvetleri, polimer zincirleri arasındaki etkileşim kuvvetlerini yenebilirse, çözünme ikinci aşamaya geçer. İkinci basamakta, çözücü mokelülleri, arası açılmış polimer zincirlerinin içine iyice yerleşerek içeride dağılmaya başlar ve karışım çözelti haline ulaşır. Polimer zincirinin büyüklüğüne göre (yani molekül ağırlığına bağlı olarak) çözeltinin ağdalığı (viskozitesi) da değişim gösterir (yüksek molekül ağırlığına sahip polimer zincirlerinin ağdalığı da yüksek olur). İkinci basamağın sonunda, polimer zincirlerinin çevresi çözücü molekülleriyle sarmalanır. Polimer zincirinin çözelti içinde bulunduğu bu halde kapladığı hacme, “hidrodinamik hacim” denir. Bir polimer zincirinin hidrodinamik hacminin değeri, polimerin molekül kütlesine, çözücünün türüne, polimer ve çözücü arasındaki etkileşimlere, ve sistemin sıcaklığına bağlıdır.

 

Şema 2 (Not: Çizimler ölçekli değildir.)

Polimer zinciri ile çözücü molekülü arasındaki etkileşim, polimer zincirinin üzerindeki yan gruplar değiştikçe, ya da mesela, farklı monomerlerden oluşan kopolimerler incelendiğinde, çok karmaşık bir hal alabilir. Bu etkileşimleri en genel haliyle irdelemek gerekirse, küçük mol kütleli organik sistemlerdeki temel kuralda olduğu gibi, benzer moleküller benzer molekülleri çözer diyebiliriz. Mesela, polistiren polimerini toluyen ya da benzen gibi organik çözücülerde çözebiliriz. Benzer-benzeri çözer kuralının temeli tabii ki sadece molekül yapılarının birbirleriyle olan şekil benzerliği değildir. İki farklı bileşiğin “çözünürlük parametreleri“nin (δ) birbirine yakın olması esas geçerli kuraldır ve bu çözünürlük parametresi değerleri birbirine yaklaştıkça çözünürlük artar. Hem küçük mol kütleli bileşiklerin çözünürlüğünü, hem de polimerik sistemlerin bir organik çözücü içindeki çözünürlüğünü öngörmek için bu parametrelerin hesaplanmasından faydalınabilinir. Bu hesaplamalar, hem endüstriyel tahminlerde, hem de teorik akademik çalışmalarda baz alınan denklemlerden oluşur (bu hesaplamaların detayını burada vermek konuyu dağıtacağından, bu denklemler ve hesaplamalarla ilgili daha fazla içerik için bize ulaşabilirsiniz).

Çözünürlük Koşulu

Sabit sıcaklık (T) ve sabit basınç (P) gibi şartlar altında hazırlanan iki maddeden oluşmuş bir karışımın çözelti oluşturması için gerekli termodinamik koşul, karışımın Gibbs Serbest Enerjisinin  (G₁₂), her iki maddenin saf halinin Gibbs Serbest enerjilerinin (G₁ ve G₂) toplamından küçük olması gerekir:

ΔG_karışım = G₁₂ - (G₁ + G₂)

Yani, yukarıda verilen denklemdeki “ΔG_karışım“ ifadesi, karışımın Gibbs serbest enerjisi değişimi, negatif olduğu takdirde karışım homojen bir çözelti oluşturabilir. Gibbs serbest enerjisi değişiminin entalpi değişimi (H) ve entropi değişimi (S) ile bağıntısı:

ΔG_karışım = ΔH_karışım - TΔS_karışım

denklemiyle verildiğinde, ΔH_karışım karışımın entalpi değişimini, ΔS_karışım ise karışımın entropi değişimini ifade eder.

İdeal Çözeltiler

Karışıma giren her iki maddenin moleküllerinin büyüklüğünün aynı olduğu (Şema 3) ve her iki molekülün birbiriyle pozitif ve negatif etkileşim enerjilerinin eşit olduğu durumlara ideal çözelti koşulu adı verilir. Moleküller arası etkileşimin olmadığı durumda ideal çözelti oluşumu elverişlidir, çünkü entalpi değişimi sıfırdır (atermal);  ΔG_karışım = 0 - TΔS_karışım denklemine göre, ve bu sebeple, ΔG_karışım değeri her koşulda negatiftir.

  

Şema 3

İdeal bir çözeltinin oluşumu için gerekli termodinamik koşul⁽*⁾:

ΔG_karışım = RT[n₁lnX₁ + n₂lnX₂]

Denklemiyle verilir. Bu denklemdeki parametreler ise,

“n₁” : birinci maddenin mol sayısı,

“n₂” : ikinci maddenin mol sayısı,

“X₁” : birinci maddenin mol oranı,

“X₂” : ikinci maddenin mol oranı,

olarak verilir.

Bu basit ve kısa denklem, iki maddeden oluşan karışımlar için gerekli olan temeli kurmaya yardımcıdır. Ancak, çok az çözelti, ideal çözelti olarak davrandığı için bu denklem her zaman geçerli değildir. Mesela, küçük moleküllerden oluşan karışımlar için, entalpinin sıfır olması (atermal olma koşulu) ne yazık ki çoğunlukla mümkün değildir. Bu gibi durumlarda, yukarıda verilen denklemin değiştirilmesi, geliştirilmesi gerekir.

Polimer çözeltilerinde ise, entalpi sıfır olsa dahi yukarıdaki denklemden büyük farklılıklar görülür. Bunun sebeplerinden biri, birinci maddenin küçük moleküllerden oluşan çözücü olduğu ve ikinci maddenin polimer molekülleri olduğu durumda, iki maddenin büyüklüklerinin eşit olma koşulunun bozulmasıdır. Paul Flory ve Maurice Huggins isimli iki bilimadamı, iki madde arasındaki büyüklük farklarını ve maddeler arası etkileşimleri hesaba katarak bu temel teoriyi geliştirmişlerdir.

Flory-Huggins Teoremi (FHT)

Polimer çözelti oluşumunun Gibbs Serbest Enerji değişimini irdeleyen FHT, polimer moleküllerini segmentlerden oluşan zincirler olarak ele alır. Öyleki, her bir  segmentin büyüklüğü, bir çözücü molekülünün büyüklüğüne eşit olmalıdır. Böylece, ideal çözeltilerdeki her iki maddenin de büyüklüklerin eşit olması koşulu sağlanmış olur. Segment büyüklüğü, polimerizasyon derecesine eşit olmak zorunda değildir. Hatta, genellikle, birçok hesaplamada segment büyüklüğü polimerizasyon derecesinden küçüktür.

Polimer molekülünün segment büyüklüğü ile çözücü molekülün büyüklüğü eşit olduğu zaman, aynı Şema 3′te verildiği gibi, segmentleri ve çözücü moleküllerini bir düzenli bir örgüye (kafes - lattice) oturtabiliriz. Ancak Şema 3′tan farklı olarak, polimer segmentleri birbirinden bağımsız değil, birbirlerine “bağlı” olacaktır. Şema 4′te örnek olarak verilen kafes çiziminde görüldüğü gibi, polimer segmentleri birbirlerine bağlı olmalarına rağmen çözücü molekülleri arasında dağılmış ve çözünmüşlerdir. Çözünme sırasında hacimsel değişimin olmadığı varsayılır.

 

Şema 4

FHT’nin diğer bir varsayımı ise monomerlerin çözelti içinde düzenli bir şekilde dağıldığı ve monomerlerin fiziksel dalgalanmaya uğramadığıdır (mean field teorisi). Bu koşul, monomerlerin birbirleriyle hiçbir etkileşimde olmadıklarını öne sürer. Ayrıca, bu kuram ilk etapta doğrusal polimer zincirleri için türetilmiştir.

Bütün bu varsayımları, etkileşimler ve çözelti koşullarını göz önüne aldığımızda, polimer çözeltilerinin Gibbs Sertbest enerji değişimini veren Flory-Huggins denkleminin son hali bu şekildedir:

ΔG_karışım = RT[n₁lnø₁ + n₂lnø₂ + n₁ø₂χ_1-2]

Denklemdeki parametreler,

“n₁” : birinci maddenin (çözücünün) mol sayısı,

“n₂” : ikinci maddenin (doğrusal polimerin) mol sayısı,

“ø₁” : birinci maddenin (çözücünün) hacimsel oranı,

“ø₂” : ikinci maddenin (doğrusal polimerin) hacimsel oranı,

“χ _1-2” : polimer-çözücü etkileşim parametresi (interaction parameter),

olarak verilir.

Denklemde kırmızıyla gösterilen kısım, karışımın Gibbs serbest enerjisi değişimine yapılan entropik katkıyı, maviyle gösterilen kısım ise entalpik katkıyı ifade eder. Entropik katkı ideal çözelti koşuluna benzer bir şekilde ifade edilse de, polimer çözeltilerinin çözünmesi sırasında gözlenen entropi değişiminin sayısal değeri çok düşüktür. Entalpide görünen değişimleri etkileyen temel faktör “χ” ile gösterilen, polimer-çözücü etkileşim parametresidir. Etkileşim parametresi, en basit haliyle, entalpik hacim değişikliğine, çözünürlük parametrelerine ve sıcaklığa bağlıdır. Her ne kadar bu parametreyi içeren kısım entalpik katkıyı ifade etse de, χ etkileşim parametresi, ne yazık ki, basit bir parametre değildir: Hem entropik hem de entalpik etkilerden oluşan bir parametredir ve polimer hacim oranına bağlı olduğu da bilinmektedir…

Flory-Huggins teoreminin bütün varsayımlarına ve karmaşıklığına rağmen, FHT sonucu türetilen bu denklem kullanılarak, polimer çözeltilerinin termodinamik dengedeki özellikleri kolaylıkla hesaplanabilir. FHT kullanılarak faz ayrımı hesaplamaları, ayrışma davranışları, yarı-kristal polimerlerin erime noktasındaki düşüşleri, ve ağ-yapılı termoset polimerlerin şişme (swelling) davranışları hesaplanabilir. Alınan teorik sonuçlar genel eğilimlerin anlaşılmasında yardımcı olur, ancak deneysel sonuçlarla birebir uyuşma her zaman görülmeyebilir.

Doğrusal polimer-çözücü karışımına uygulanmış bir örnek verirsek: Mesela, yarı-kristal bir polimer ile kristalleşebilen bir çözücüden oluşan karışımın oluşturacağı faz ayrımı çizemi aşağıdaki şemadaki gibi olabilir. Bu şekilde türetilen şemalara bakılarak, polimer,çözücü sistemlerinin hangi hacimsel oranlarda ve sıcaklıklarda çözelti oluşturdukları, ya da ne zaman faz ayrımına uğradıkları, polimer erime sıcaklığının çözücü olan bir ortamda nasıl değiştiği, ya da çözücü erime sıcaklığının polimer olan bir sistemde nasıl değiştiği tahmin edilebilir. 

Şema 5

θ-Koşulu

Polimerlerin çözünebilecekleri çözücüleri en kaba tabiriyle iki ana sınıfa ayırabiliriz: iyi çözücüler ve zayıf çözücüler. Bir polimer molekülü içinde bulunduğu çözücüyü sevmiyorsa, o çözücü zayıf çözücüdür. Bu durumda, polimer molekülü çözücüde çözünmez ve globül konformasyonunda çözücüde durur. İyi çözücülerde ise polimer ile çözücü arasındaki etkileşim kuvvetleri, polimer zincirlerinin kendi arasındaki etkileşim kuvvetlerinden daha büyük olduğu için, polimer zincirleri rastgele bükülmüş konformasyonda bulunmaktansa sarmal ve biraz uzamış bir halde bulunurlar. İyi çözücüden zayıf çözücüye geçiş aralığında, polimerin iyi çözücü ile oluşturduğu çözeltiden kurtulup çökmeye başladığı noktadan hemen önce, θ-noktası adı verilen bir noktada, polimer zincirlerinin kendi arasındaki etkileşim kuvvetleri ile polimer-çözücü etkileşim kuvvetleri birbirine eşit olur. Bu noktada sistemin Gibbs serbest enerji değişimi sıfırdır ve

ΔH_karışım = TΔS_karışım

denkleminde verildiği gibi, entalpik ve entropik katkılar eşitlenir. Bu koşulun gerçekleştiği sıcaklığa θ-sıcaklığı ya da Flory-sıcaklığı, karışımda kullanılan çözücüye ise θ-çözücüsü denir. Bu koşulun bulunduğu nokta, polimer zincir büyüklüğüne (molekül ağırlığına) ve sıcaklığa bağlıdır.

Polimer Nedir? ve Polimer Boyutu sayfalarında bahsettiğimiz polimer konformasyonu-polimer zincir büyüklüğü bağıntısı çözücülerin kalitesine de bağlıdır. Polimer zincirinin dönme yarıçapının değeri, çözücüye bağlı olarak, polimerin molekül ağırlığıyla farklı bağıntılara sahip olur. Şema 6′da verildiği gibi, çözücü kalitesi arttıkça, polimer globül konformasyonundan, sarmal bir yapıya; hatta yarı-esnek polimer zincirlerinde ise çubuksu yapıdan, sarmal yapıya dönüşebilir.

 

Şema 6

Polimerlerin Çözünürlüğünü Etkileyen Etmenler

Polimerlerin çözünürlüğü, polimerin molekül ağırlığı, polimer zincir yapısı, zincirler arası moleküler etkileşimler, zincirler arası çapraz bağlar, polimerin kristallik derecesi ve kristalliği, zincir üzerindeki yan gruplar ve bu grupların moleküler büyüklüğü, sıcaklık, ve çözücü-polimer etkileşimleri gibi faktörlerden etkilenir.

Bir polimerin çözünürlüğünü etkileyen en önemli etkenlerden biri belki de polimer zincirlerinin birbirlerine dolanma (entanglement) oranı ve polimerin zincir yapısıdır. Doğrusal polimerler, polimer zincir büyüklüğüne bağlı olarak, doğru koşullar altında çözünebilirler. Ancak bu noktada, polimer mol kütlesinin, polimerin kimyasal yapısının ve zincirlerin birbirleriyle olan etkileşimlerin büyük önemi vardır. Mesela, yüksek yoğunluklu polietilenin mol kütlesi çok yüksek olduğu için çözünmesi çok zordur. Başka bir durumda, mesela poli(eter eter keton)da ise polimerin omurgasını oluşturan monomer etkileşimleri çok güçlü olduğu için neredeyse hiçbir çözücüde çözünme görünmez. Yani, en başta belirttiğimiz gibi, bir çözücünün bir polimeri çözebilmesi için, Şema 1′de olduğu gibi çözücü moleküllerinin polimer zincir sarmalının içine girebilmesi ve polimer sarmalını oluşturan, zincirleri bir arada tutan, etkileşimleri kırması gerekir.

Dallanmış polimerler, yan grupların büyüklüklerine göre çözünebilirler. Eğer yan gruplar kısa moleküllerden oluşuyorsa, ve zincirlerin kuvvetli bir sarmal oluşmasını engelleyecek büyüklükte ise, yan gruplar polimer zincirlerini nispeten ayrı tuttuğu için bu polimer rahat çözünebilir. Yan grupların uzunluğu arttıkça bu kısımlar da polimer sarmalına eklenmeye başlayacağından polimer zincirlerinin birbirlerine dolanması (entanglement) iyice karmaşık bir hal almaya başlar, ve  çözünürlük azalır.

Çapraz bağlı polimerler, zincirler birbirlerine kovalent bağlarla baplandıkları için, çözünmezler. Ancak, pozitif etkileşimin olduğu çözücüler eklendiği takdirde, çapraz bağlı polimerler şişerler (swelling). Eğer çapraz bağ derecesi artarsa ve çok yoğun çapraz bağlardan oluşan bir polimer elde edilirse, bu polimerin şişmesi de azalır ve çözücülerden nerdeyse hiç etkilenmezler. Hatta, çapraz bağlanmış polimerlere katılan çözücüden sonra hesaplana şişme oranları, polimerin çapraz-bağ derecesini hesaplamada kullanılır.

Hidrojen bağı gibi, polimer zincirleri arasındaki etkileşimler de çözünürlüğü etkiler. Düşük sıcaklıklarda hidrojen baplarını koparmak zor olduğu için polimer-çözücü karışımı sadece birinci basamağı gerçekleştirebilir ve jel halinde durur. Fakat, bu tip polimerleri oda sıcaklığında hidrojen bağı oluşturan çözücüler kullanılarak çözmek mümkündür. Ayrıca, sıcaklık arttıkça hidrojen bağları güçsüzleştiği için de çözünme görünebilir. Özellikle 100°C’nin üzerinde hidrojen bağlarının tamamen koptuğu bilinir, ve bu sıcaklığın üzerine çıkıldığında polimerin çözünmesi gerçekleşebilir. Sıcaklığın çözünürlüğe yardımcı olduğu bir diğer durum ise kristal yapıya sahip polimerlerin çözünmesidir. Kristal yapısı yüksek polimerler de jel halde kalıp tamamen çözünmezler. Ancak, kristallerin erime noktasına ulaşıldığında kristal yapıdan kurtulan polimer zincirlerinin çözünürlüğü artabilir (Şema 4′te verildiği gibi çözücü moleküllerin varlığı polimer erime noktasını düşürdüğünü yeniden not etmek de fayda var). Mesela, 130°C civarında eriyen saf polietilen, 100°C’nin altında birçok çözücüde çözünebilir. Buna, erime noktasının düşmesi (melting point depression) denir.

Polimer Fiziği sayfasına geri dönmek için tıklayınız.

⁽*⁾ Hem ideal çözeltiler için, hem de polimer çözeltileri için verilen teorik denklemlerin nasıl türetildiğini gösteren kaynaklar ya da sorularınız için lütfen bizimle irtibata geçiniz.

Bu yazı toplamda 0, bugün ise 0 kez görüntülenmiş

Polimer moleküllerin fiziksel özelliklerini incelemeden önce genel terimlerin tanımlamalarını kısaca vermemiz doğru olacaktır. Amacımız, temel fiziksel kavramları basit şekilde anlatmaya çalışmak ve bu kavramların polimerik malzemelerin fiziksel özelliklerini ne şekilde etkilediğini özetlemektir.

En temel noktadan başlayalım ve  polimeri oluşturan rastgele bir monomer molekülünü ele alalım. Polimerin yinelenen birimindeki karbon atomlarına bağlı olan radikal grupları, polimere temel fiziksel davranışlarını veren birimlerdir. Bunun nedeni her radikal grubun zincir üzerindeki diğer atomlarla etkileşimlerinin farklı olmasıdır.

 

Şema 1

Zincir omurgasının kimyasal yapısına ek olarak, zincir boyutu, yani molekül ağırlığı da polimerin fiziksel özelliklerini etkiler. Mesela, Polimer Nedir? sayfasında bahsettigimiz gibi, molekül ağırlığı bir polimerin mukavemetini etkileyen en önemli parametrelerden biridir.

Molekül ağırlığıyla ve omurga kimyasıyla bağıntılı olarak, polimer zincirinin hacimsel büyüklüğü de fiziksel özellikleri etkileyen bir faktördür. Buna örnek olarak, üzerinde serbest yük taşıyan (iyonik) polimerleri verebiliriz. Iyonik polimer zincirinin üzerindeki atomlar birbirlerine yakın durmak istemedikleri için polimer zinciri daha büyük bir globül (ya da bazı kaynaklarda kullanılan ismiyle, yumak) oluşturur ve hacimsel olarak daha fazla yer kaplar (Şema 2a). Moleküllerin arasındaki hidrofobik (su-sevmeyen) bir etkileşim ise, tam tersine, daha sıkışık bir globül oluşturur (Şema 2b).

 

Şema 2

Daha önce Polimer Nedir? sayfasında inceledeğimiz gibi, polimer zincirinin ortamda alacağı şekil de makro-boyuttaki davranışını etkiler. Globül, çubuksu ve rasgele bükülmüş zincirler farklı fiziksel davranışlar sergiler.

Her ne kadar gündelik hayatta kullandığımız polimerler bir yığın (bulk) malzeme olarak karşımızda olsa bile, polimerlerin hem çözelti içinde, hem de yığın haldeki davranışlarını anlamak, malzemeyi doğru nitelendirmeyi (karakterize etmeyi) ve malzemenin davranışını doğru öngörmeyi sağlar. Bu noktada polimerlerin içinde bulunabilecekleri 3 ana konsantrasyonu incelemek gereklidirr: seyreltik çözelti, yarı-seyreltik çözelti ve doymuş (konsantre) çözelti (ya da eriyik polimer). Şema 3′te bu çözeltiler örnek olarak çizilmiştir.

 

Şema 3

Seyreltik çözeltilerde polimer molekülleri birbirlerinin farkında değildir, çözeltinin içinde birbirlerinden uzak bir şekilde bulunurlar. Yarı-seyreltik çözeltilerde ise polimer zincirleri birbirlerine yaklaşıp, birbirlerinin farkına varmaya başlarlar. Yarı-seyreltik konsantrasyona “örtüşme konsantrasyonu” da denir. Doymuş çözeltilerde neredeyse hiç çözücü kalmaz, eriyik polimer hali buna örnektir ve bir polimerin bulunabileceği azami konsantrasyondur.

Polimer zincirinin farklı konsantrasyonlarda içinde bulunacağı konformasyon, çözeltiyi oluşturan çözücünün polimer zinciri ile uyumluluğuna (ve tabii ki sıcaklığa) bağlıdır. Buna ek olarak, polimerin molekülünün mimarisi de zincirin fiziksel özelliklerini etkileyen bir faktördür. Polimer Nedir? sayfasında belirttiğimiz gibi doğrusal zincirler, dallanmış zincirlerden farklı özelliklere sahipken, kopolimerler bambaşka özellikte malzemelerin yaratılmasına imkan verirler.

Bahsi geçen bütün bu kavramlar, polimer zincirinin termodinamik davranışını, dinamik özelliklerini, taşıma ve taşınma (transport) mekanizmalarını, mühendislik özelliklerini ve dolaylı olarak üretilen polimerik malzemenin son uygulamasını etkiler.

Polimer Zinciri Boyutu

Polimer zincirinin kimyasal yapısını, zincir büyüklüğünü ve moleküler çevresel faktörleri anlamak için en başta, polimer zincirinin boyutunu anlamak gerekir. Polimerlerin seyreltik çözeltiledeki davranışlarını anlamak için tek başına duran bir polimer molekülünün davranışını, bilhassa, zincirin boyutu dikkate alınmalıdır.

Tek polimer molekülünün şekli (konformasyonu), kimyasal yapısından kaynaklanan zincir sertliğine bağlıdır. Hemen hemen bütün polimerler esnek bir omurgaya sahiptir ve bu sebeple zincirler genellikle yüksek derecede bükülmüş bir şekilde bulunurlar. Ancak, polimer zincirinin omurgasını sert yapıya sahip moleküllerden oluşturmaya başlayınca, zincir, uzatılmış (solucan gibi) bir hal almaya ve sertlik daha da arttıkça tamamen çubuksu bir konformasyona dönüşür.

Bu sayfada polimer konformasyonun en temel halini, yani doğrusal esnek polimer moleküllerinin oluşturdugu şekli ele alacağız. Solucanımsı ve Çubuksu konformasyon için ileri seviye kaynakları incelemek gerekir. Bu konuda bilgi almak isterseniz bize ulaşabilirsiniz.

Global ve Lokal Özellikler:

Bir polimer zincirinin, monomerlerin birbirlerine bağlanmasıyla oluşturulduğunu belirtmiştik. Polimerin organik ya da inorganik bir polimer olmasına bağlı olarak, farklı atomların birbirine bağlanmasıyla da monomerler birleşip bir zincir oluşturabilir. Oksijen ya da silikon atomlarının karbon atomuyla bağlanmasıyla oluşan polimer zincirleri de vardır ve çok yaygın olarak kullanılırlar. Ancak, genel kavramları daha baside indirgeyip anlatmak için, bundan sonraki kısımlarda karbon-karbon bağıyla birbirine bağlanmış monomerlerden oluşan polimer zincirlerine ele alacağız.

Bir polimer zincirinin esnekliği, zincir omurgası üzerindeki karbon-karbon bağlarının birbirlerine bağlı olarak dönebilme yetisine, daha doğru bir terimle, dönme enerjisine bağlıdır. Şema 1′de görüldüğü gibi birbirine bağlı 4 karbon atomunu düşünürsek, atomlar arasındaki bağın dönme enerjisinin yerel (lokal) minimuma, ve ya genel (global) minimuma ulaşmasına göre, uzayda 3 farklı ana-noktada bulunabilir.

Şema 4′te, solda, verilen mavi renkli daire 2 numaralı karbon atomunu, kırmızı büyük içi boş daire ise 3 numaralı karbon atomunu temsil ediyor. Konformasyonların daha iyi anlaşılması için hem 2-boyutlu, hem de 3-boyutle gösterimleri inceleyelim.

Trans

Şema 4

Trans konformasyonunda, 1 ve 4 numaralı karbon atomları uzayda birbirlerine en uzak noktada bulunurlar (Şema 4). Bu sebeple de trans konformasyonu en düşük potansiyel enerjisiye sahiptir.

Gauş^- ve Gauş⁺

Şema 5

Gauş pozitif ve Gauş negatif konformasyonlarında (Şema5) ise 1 ve 4 numaralı karbon atomları birbirlerine yaklaşmaya başlar ancak 2-boyutlu düzlemde hala aralarında 60derecelik bir fark vardır. Atomlar birbirlerine yaklaştıkları için potansiyel enerjileri yükselir, fakat hala maksimum enerjiye ulaşmamıştır.

Cis

 

Şema 6

Cis konformasyonunda bulunan atomlar birbirlerine en yakın şekilde bulunurlar (Şema 6). Bu sebeple, potansiyel enerji maksimuma ulaşır ve sistemde gerçekleşecek en küçük değişme (kararsızlık ya da dalgalanma) atomların enerjilerini azaltmaya yönelik hareketlenmesine sebep olur. Bu hareketlenme, molekülün konformasyonunu değiştirmesine nedendir.

Yukarıda verilen örnekler sadece metilen grupları (-CH₂-CH₂-) için verilmiştir. Hidrojen atomu yerine bağlanacak herhangi farklı bir yan grup (mesela klor) potansiyel enerji grafiğinin tümüyle değişmesine sebep olur. Özellikle gauş+ ve gauş- konformasyonlarının enerjileri, metilden farklı yan gruplara sahip moleküllerde eşit olmayabilir. Bu tür enerji değişimlerini görmek için moleküler simülasyon yapmak gerekir. Fakat sadece metil gruplarından oluşan bir polietilen zinciri için genel olarak verilen potansiyel enerji grafiği Şema 7′deki gibi görünür.

 

Şema 7

Grafikte verilen cis ile trans konformasyonları arasındaki enerji farkı (”ΔE”), bir polimer zincirinin dinamik esnekliğinin göstergesidir. Bu iki konformaston arasındaki enerji farkı (başka bir deyişle, enerji bariyeri) arttıkça, molekül zincirinin esnekliği azalır. Yani, bir molekülün esnekliği arttıkça, zincir üzerindeki atomları trans konformasyonundan cis konformasyonuna geçirmeye çalışırken harcanan enerji azalır.

Buna ek olarak, Şema 7′de “Δε” ile gösterilen, gauş ve trans konformasyonları arasındaki enerji farkı ise bir zincirin sertliğinin (bükülmezliğinin) göstergesidir. Moleküler zincirin sertliği arttıkça, bu enerji farkı da artmaya başlar. Zincir sertliği, süreklilik uzunluğu (persistence length) ile tanımlanır. Süreklilik uzunluğunun şematik gösterimi Şema 8′de verilmiştir. Bu fiziksel parametrenin en önemli özelliği, bir polimer zincirinin “karakteristik yerel zamanı“nı belirlemesidir. Bir zincirin global özellikleri, süreklilik uzunluğundan büyük ölçeklerde tanımlanan özelliklerdir. Eğer bakılan özelliğin karakteristik büyüklüğü süreklilik uzunluğundan küçük ise, o özellik yerel (lokal) bir özelliktir. Yani, eğer siz zincirin tamamını görecek bir açıdan zinciri tanımlamaya çalışıyorsanız, süreklilik uzunluğundan daha büyük bir ölçeğe bakıyorsunuz demektir ve bu açıdan hesapladığınız bütün özellikler, tüm zincire ait global özelliklerdir. Fakat, süreklilik uzunluğunun içinde bir alana bakıyorsanız, zincirin sadece küçük bir kısmını, yani yerel bir alanı gözlemliyorsunuz demektir. Bu ölçekte hesaplanacak her özellik ise zincirin yerel davranışını veren özelliklerdir, zincirin tamamına ait global özellikleri vermez.

 

Şema 8

Bu noktada not etmemiz gereken önemli bir fiziksel parametre ise moleküler konformasyon enerjilerinin hesaplandığı sıcaklıktır. Sıcaklığı arttırdıkça moleküllerin enerjisi de artacağı için zincir daha esnek davranmaya başlar.

Polimer zincir konformasyonunun, zincir omurgasının esnekliğine bağlı olduğunu daha önce belirtmiştir. Zincir esnekliği, polimerin fiziksel özellikleri etkileyen en temel parametredir. Nitel bir örnek vermek gerekirse, bir polimer zincirinin moleküller arasındaki bağ dönme enerjileri yüksek ise bu polimerin esnekliği azalır ve sert bir zincir olarak davranır dolayisiyla daha yüksek erime noktasına sahip olur. Aynı şekilde, zincir omurgasının esnekliği polimerin camsı geçiş sıcaklığını da direk etkiler. Bükülmez kimyasal yapıya sahip zincirlerin camsı geçiş sıcaklıkları çok yüksektir (polietilen’e karşı, poli(eter eter keton) gibi).

Çatısal Zincir

Bir polimer zincirini oluşturan konformasyonu fiziksel olarak tanımlayarak, polimerin oluşturduğu bükülmüş zincir demetinin yarıçapını ve büyüklüğünü hesaplayabiliriz. Aynı şekilde, polimer zincirinin başından sonuna kadar olan uzaklığı ya da çubuksu konformasyonda bulunan zincirin uzunluğunu da bu şekilde hesaplayabiliriz. Bu tür hesaplamalar, polimerlerin çözelti içindeki büyüklüklerini ve durumlarını anlamamıza, ya da ultra-ince filmlerdeki fiziksel sınırları kavramamıza olanak sağlar. Şimdi, en temel zincir iskeletini tanımlayarak zincirin dönme çapı gibi polimer bilimcileri için önemli kavramları inceleyelim.

Şema 9

Şema 9′da verilen şekildeki her daire bir karbon atomunu temsil ediyor. İki karbon atomu arasındaki bağı vektörle belirterek, uzaydaki dönüş hareketlerini ve o hareketlere bağlı değişen tüm zincirin konformasyonunu tanımlayabiliyoruz. İki bağ arasındaki bağ vektörünü a_i ile a_i vektörünün büyüklüğünü de bağ uzunluğu ile tanımlıyoruz.

Bu tanımlamara göre, polimer zincirinin iki ucu arasındaki olası bütün konfigürasyonların ortalama uzaklığını, yani uçtan-uca uzaklıkların karelerinin ortalamasını,

Denklem 1

formülüyle hesaplayabiliriz.

Bir polimer molekülünün olası tahmini büyüklüğünü veren, ya da başka bir deyişle, bir polimer molekülünün oluşturduğu globülün (bükümlü demetin) yarıçapını veren parametreye, dönme çapının karelerinin ortalaması denir ve aşağıdaki formülle ifade edilir:

Denklem 2

*Bu formüllerin nasıl türetildiğinin detayı için bizimle iletişime geçebilirsiniz.

Bir polimer molekülünün büyüklüğü hakkında fikir veren bu parametrelerin, zincir üzerindeki bağlara bağlı olarak nasıl değiştiklerini ve polimer zincirinin son konformasyonun nasıl etkilendiğini görelim. Genel olarak 3 ana tip zincir üzerinden bu bağıntıları incelemek polimer zincirlerinin uzaydaki davranışını anlamak açısından betimleyicidir. Farklı varsayımlardan yola çıkarak oluşan bu 3 zinciri sırasıyla, serbest mafsallı zincir, serbest dönen zincir, ve bağımsız dönel potansiyelli zincir başlıkları altında inceleyeceğiz.

Serbest Mafsallı Zincir: Serbest mafsallı zincirlerde, karbon-karbon bağları arasında hiçbir etkileşim olmadığı ve atomlar arasındaki bağ açılarında hiçbir kısıtlama olmadığı varsayılır. Yukarıda verilen Denklem 1 ve 2′yi bu varsayımlara göre düzenlersek, serbest mafsallı zincirlerin uçtan-uca uzaklıkların karelerinin ortalaması,

Denklem 3

denklemiyle hesaplanır. Dönme çapının karelerinin ortalaması ise aşağıdaki denklemle verilir:

Denklem 4

Serbest Dönen Zincir: Serbest dönen zincirlerde, karbon-karbon bağları arasında oluşan açı kısıtlanmıştır ve sabittir. Ancak, Şema 5′te verildiği gibi bağ vektörü (a_i ya da s_i) bağlı oldugu atomun mafsalında serbestçe dönebilir. Bu düzenlemeler dikkate alındığında, uçtan-uca uzaklıkların karelerinin ortalaması

Denklem 5

bağıntısıyla ifade edilir.

Bağımsız Dönme Potansiyelli Zincirler: Her türlü açısal hareketi ve dönme hareketini serbest kılan bu varsayımda ise karbon-karbon bağları arasındaki bağlarda da atomların potansiyel dönme hareketlerinde de kısıtlama yoktur. Bu sebeple, uçtan-uca uzaklıkların karelerinin ortalaması (Denklem 6) ifadesi daha karmaşık bir hal alır:

Denklem 6

Formüle katılmış α ve η ibareleriyle, polimer zincirini oluşturan “kimya” yani kimyasal yapı karşımıza çıkar. “α” moleküldeki bağ açısını veren parametre iken, “η” parametresi molekülün ortalama dönel açısını, yani dönel hareketini ifade eder.

Dönel İzomerik Hal Modeli (Rotational Isomeric State Model - RISM)

Bir polimer zincirinin uzayda alabileceği birçok konformasyon vardır. Ancak, bütün bu konformasyon geometrilerinin içinde 3 hal, diğer bütün açı konformasyonlarının içinde baskın durumdadır. Bu 3 özel hale de “dönel izomerik hal - DİH” ismi verilir.

DİH modeli, bütün konformasyon üleşim fonksiyonlarını (partition function) geometrik bilgilerle birleştirerek ortalama bir konformasyon özelliği sunar. Bu model içinde, n tane monomerden oluşan bir zincir için (n-2) adet burulma (torsion) açısı ve 3 ana konformasyon hali vardır. Bu 3 ana dönel izomerik hal, daha önce yukarıda incelediğimiz, trans (t), gauş⁺ (g⁺) ve gauş^- (g^-)’dir; ve hepsinin zincirde görünme olasılığı birbirinden farklıdır. Fakat bu 3 hal, diğer bütün hallerden daha sık görünür.

Dönel izomerik hallerin zincirde görünme olasılıkları, her bir konformasyonun birbirine geçiş enerjilerine, ve sıcaklığa bağlıdır. Daha önce Şema 5′te verilen potansiyel enerji-dönel açı grafiğine göre, sadece yerel minimumlar, bu modelin yer aldığı hesaplamalarda kullanılır. Hesaplamanın nasıl yaptığını detaylı olarak görmek istiyorsanız, bizimle iletişime geçebilirsiniz.

Bu yazı toplamda 0, bugün ise 0 kez görüntülenmiş

Polimerler hayatımız için yaşamsal önemi olan büyük moleküllerdir. Vücudumuzda bulunan polimerler, proteyin ya da enzimler gibi biyolojik kimyasallar iken bitkilerde bulunan polimerler ise selüloz ya da nişasta gibi moleküllerdir. Ancak hepimizin gündelik hayatta en çok duyduğu ya da bildiği polimerler plastikler ve kauçuklardır…

Polimerler üzerine akademik çalışmalar yapan bir ekip olarak yarattığımız bu sitenin içeriğinde, Polimer nedir? Plastik nedir? Kompozit nedir? sorularınızın cevabını, polimerler ve polimer bazlı malzemeler hakkında bilmek istediğiniz detayları bulabilirsiniz. İlk amacımız, polimerlerin ne olduğunu merak edenlere “polimer bazlı malzemeler” hakkında genel bilgileri aktarmaktır. Polimer bazlı malzemeler terimini tanımlamak gerekirse, tamamen polimerlerden oluşmuş ya da yapısında veya içeriğinde polimerler kullanılan malzemeler olarak açıklayabiliriz. Sürekli güncellenen sayfalarımızda, polimerlerle çalışan ya da çalışmaya başlayan yeni “polimerciler” için polimer kimyası, polimer fiziği ve polimer malzeme mühendisliği ile beraber detaylı bir polimer kütüphanesini de sizlere ulaştırmayı hedefliyoruz.

Şimdi polimerlere kısa bir giriş yapalım ve genel olarak polimerlerin ne olduklarını, nasıl yapıldıklarını, ve özelliklerini inceleyelim.

• Genel Tanımlamalar
• Polimer Nedir?
• Polimer Bileşimi ve Yapısı
• Polimerizasyon Mekanizmaları
• Molekül Ağırlığı
• Fiziksel Hal
• Isıl (Termal) Geçişler
• Gündelik Hayatımızdaki Polimerler

Genel Tanımlamalar

Polimerik malzemeler seramiklerden, metallerden, ve küçük organik moleküllerden birçok açıdan farklıdırlar. Bu farklılıklarını aşağıdaki başlıklarda kısaca açıklamaya çalışacağız. Ancak bu açıklamalara girmeden önce polimer biliminden bahsederken sıkça kullanacağımız terimleri tanımlayalım.

Monomer küçük mol kütleli kimyasal maddelere verilen isimdir. Monomerler birbirlerine kovalent bağlarla bağlanarak kendilerinden daha büyük moleküller oluştururlar. Orta büyüklükte oluşan moleküllere oligomer adı verilirken, yüzlerce monomerin birleşmesinden oluşan çok daha büyük makro-moleküllere ise polimer adı verilir.

Çok sayıda monomerin oluşturduğu uzun polimer molekülü bir zincire benzediği için, polimer zinciri olarak da adlandırılır. Hatta, polimer molekülü yerine polimer zinciri terimini kullanmak çok yaygındır.

Polimer zincirinin konformasyonu, bir polimer molekülünün ana zincirindeki atomların, bu atomlar arasında bulunan bağlar etrafında dönme hareketleriyle alabileceği farklı geometrik düzenleri tanımlamak için kullanılır. Polimerin bulunduğu sıcaklık, basınç ve çözelti gibi koşullara göre konformasyonu değişik şekiller alabilir. İki ana konformasyon bulunmaktadır: tam uzamış polimer zinciri konformasyonu (çubuk gibi) ve tam büzülmüş polimer zinciri konformasyonu (yumak gibi). Bu iki ana konformasyon iki ayrı uçta bulunan geometrik düzendir ve yüksek enerji seviyesinde bulunurlar. Bu sebeple polimer zincirleri bulundukları koşula göre iki ucun arasında herhangi bir konformasyonda bulunabilirler. Hatta, genellikle bu iki ucun arasındaki geometriyi tercih ederler ve rasgele büzülmüş konformasyonda bulunurlar.

Polimer molekülü boyunca peşpeşe bağlanarak zincirin ana iskeletini oluşturan kısma ana zincir denir. Ana zincir genellikle karbon-karbon bağlarından oluşan bir iskelet oluştursa da oksijen gibi başka atomlar içeren ana zincirler de mevcuddur. Polimer ana zinciri yerine kullanılan polimer omurgası terimi de oldukça yaygındır.

Polimerin zincirinin sadece düz bir ana zincirden oluşmadığı durumlar da vardır. Ana zincirdeki atomlara bağlanan ve zincirden ayrı başka bir kısa yan molekül oluşturan kısımlara yan gruplar adı verilir. Birçok polimer farklı yan gruplara sahip monomerlerden sentezlenir. Polimer zincirinin üzerindeki yan gruplar, gruptaki molekülün büyüklüğüne, esnekliğine ve fiziksel kuvvet etkileşimlerine göre polimerin fiziksel hali ve mekanik özellikleri başta olmak üzere, bütün fiziksel özelliklerini etkiler.

Bu kısa tanımlamaların ardından, polimerlerin ne olduklarını biraz daha detaylı bir şekilde inceleyelim.

Başa Dön

Polimer Nedir?

Polimerin ne demek olduğunu açıklarken monomer ve polimer terimlerini beraber betimlemek daha doğru olur. Monomer, birbirine kovalent bağlarla bağlanarak daha büyük moleküller oluşturabilen küçük bir moleküldür. Polimer ise birden çok monomerin birbirine kovalent bağlarla bağlanması sonucu oluşan büyük moleküldür (makro-molekül). Zaten polimer kelimesinin kökünü incelediğimizde, poly çok anlamına gelir ve meros küçük parça demektir. Polimerin ne demek olduğunu daha iyi anlamak için bir analoji yaparsak; monomer bir vagondur ve birçok vagonun birleşmesinden oluşan tren ise polimerdir, diyebiliriz. Monomerlerin birbirleriyle bağlanarak polimer oluşturduğu kimyasal reaksiyona polimerizasyon adı verilir.

Monomer + Monomer = Dimer

Monomer + Dimer = Trimer

Monomer + Trimer = Tetramer ……

………………

n tane (Monomer) = Polimer

Şema 1

Polimeri tanımlarken, monomer dediğimiz küçük moleküllerin tekrar tekrar birbirine bağlanmasından oluşan bir makromolekül olduğunu belirttik. Bazı durumlarda küçük moleküllerin doğrusal olarak birbirine bağlandığını görürüz ve sonucunda doğrusal polimerleri elde ederiz. Ancak, makromolekülü oluştururken dallanmalar ve kendi içinde bağlanmalar da düzenlenerek 3 boyutlu bir ağ yaratmak da mümkündür.

Şema 2

Polimeri oluşturan monomerler aynı kimyasal yapıya sahip olabileceği gibi, kimyasal formülü farklı monomerleri de birbirine bağlayarak polimer zincirini yaratmak mümkündür. Tek tip monomerden oluşan polimere homopolimer adı verilirken, farklı monomerlerin oluşturduğu polimer zincirine kopolimer denir. Tekrar eden birim molekülü genellikle monomerin aynısı ya da çok benzeridir. Mesela polietilenin tekrar eden birimi -H2C-CH2- molekülüdür ve monomeri de H2C=CH2, etilen molekülüdür. Polivinilklorüre bakarsak eğer, birim ünitesi -CH2-CHCl- ve monomeri CH2=CHCl’dir.

Polimer	Monomer	Tekrar Birimi
Polietilen
Polipropilen
Polistiren

Polimerleri sınıflandırmada kullanılan evrensel bir sistem henüz bulunmamaktadır. Genel olarak polimerleri sınıflandırmada kullanılan en basit sistem, fiziksel özelliklerine göre sınıflandırma sistemidir. Bu sistemde polimer 3 ana sınıfa ayrılır: Termosetler, Termoplastikler, ve Elastomerler.

Şema 3

Ancak, polimer biliminin gelişmesi sırasında bilimsel olarak tercih edilen iki tip sınıflama sistemi oluşmuştur. Birinci tip sınıflandırmada polimerlerin yapısına göre ayrım kullanılır ve buna göre polimerleri yoğunlaşma (kondenzasyon) ve katılma (adisyon) polimerleri olarak iki gruba ayırır. Diğer sınıflandırmada ise polimerizasyon reaksiyonunun mekanizmasına göre basamak-büyüme ve zincir-büyüme polimerizasyonları olarak iki ana gruba ayrılır. Bazı durumlarda yoğunlaşma yerine basamak büyüme ya da katılma yerine zincir büyüme grupları aynı anlamda kullanılsa bile, bu her durumda geçerli degildir. Her ne kadar birçok yoğunlaşma polimeri basamak büyüme reaksiyonu ile oluşsa da; ya da birçok katılma polimeri zincir büyüme reaksiyonu ile elde edilse de, mekanizma-yapı ilişkisi her zaman bu kurala uymaz. Unutmamak gerekir ki, yoğunlaşma-katılma sınıflandırması polimerin yapısına göre, basamak-zincir polimerizasyon sınıflandırması reaksiyon mekanizmasına göre yapılmıştır. Bu sebeple bu iki sınıflandırma her zaman örtüşmeyebilir.

Başa Dön

Polimer Bileşimi ve Yapısı

Carothers (1929) tarafından yapılan ilk polimer sınıflandırması, polimerleri bileşenlerinin farkına göre yoğunlaşma ve katılma polimerleri olarak ayırmıştı. Yoğunlaşma polimerleri polifonksiyonel monomerlerin yaptığı yoğunlaşma reaksiyonu sonucu oluşurlar. Yoğunlaşma polimerizasyonu ile sentezlenen polimerlerin tekrar birimleri, reaksiyona giren monomer moleküllerinden daha az sayıda atom içerirler. Bu da yoğunlaşma reaksiyonu sırasında küçük moleküllerden oluşan yan ürünler (ör. H₂O, HCl) oluşmasına sebep olur. Yoğunlaşma polimerizasyonuna örnek olarak poliamid sentezi verilebilir:

Şema 4

Şemada görüldüğü gibi karboksil türevi bir monomerle, diamin monomeri reaksiyona sokulduğunda ortaya poliamid (ör. Naylon) ve su çıkar. Bu şemada görülen R ve R’ herhangi bir alifatik ya da aromatik grubu temsil eder. Köşeli parantez içerisinde verilen kimyasal formül ise bu poliamid’in “tekrar eden birim ünitesi”dir. Görüldüğü üzere, polimerin tekrar eden birim ünitesi, reaksiyona giren monomerlerden farklı bir kimyasal yapıya (formüle) sahiptir ve ek olarak küçük bir molekül olan su ortaya çıkmıştır.

Carothers tarafından tanımlanan katılma polimerleri, monomerleri reaksiyona girdiğinde küçük bir molekül oluşturmayan polimerlerdir. Yoğunlaşma polimerlerine benzemeksizin, katılma polimerizasyonu reaksiyonunda monomeriyle aynı molekül formülüne sahip polimerler elde edilir. Katılma polimerizasyonuna giren başlıca monomerler karbon-karbon çift bağına sahiptirler. Bu tip monomerlere vinil monomer adı da verilir ve yazımızın devamında biz de karbon-karbon çift bağına sahip monomerleri vinil adıyla anacağız. Vinil monomerleri bulundurdukları karbon-karbon çift bağlarıını, doymuş karbon-karbon-karbon bağlanrına çevirerek polimer zincirini oluştururlar. Tipik bir katılma polimerizasyonu reaksiyonuna örnek olarak aşağıdaki sentez şemasını verebiliriz:

Şema 5

Yukarıda verilen genel reaksiyon şemasındaki Y atomu hidrojen, alkil, aril, nitril, ester, asit, keton, eter, ve halojen gibi farklı fonksiyonelliklere sahip olabilir (zaten vinil terimini kullanırken not etmemiz gerekir ki asıl vinil, CH₂=CH- ünitesinin bir atoma bağlanmasıyla oluşur).

Tipik Katılma Polimerleri
Polimer	Monomer	Tekrar Birimi
Polietilen
Poliakrilonitril
Poli(vinil klorür)
Polistiren
Poli(metil metakrilat)

Yoğunlaşma-katılma sınıflandırmasına dikkat edilmesi gerektiğini belirtmiştik. Buna örnek olarak poliüretan verilebilir. Poliüretan, reaksiyona giren monomerlerle aynı element bileşimine sahip olduğu için katılma polimerine benzer, ancak yapısal olarak yoğunlaşma polimerlerine daha yakındır.

Poliüretan örneğinde gördüğümüz gibi, polimerlerin yanlış bir şekilde sınıflandırılmasını engellemek için, sınıflandırmayı, polimeri oluşturan molekül gruplarının kimyasal yapısına göre yapmak gerekir. Yoğunlaşma polimerlerini tanımlarken, sentezi sırasında küçük molekül açığa çıkan, ya da reaksiyona giren monomerlerden daha az atomu polimerin tekrar biriminde içeren, ya da tekrar birimleri fonksiyonel grupların birbirine bağlanmasıyla oluşan polimerler olarak belirtmiştik. Fonksiyonel gruplara örnek olarak ester, amid, üretan, sulfid ve eteri vermiştik. Bu sebeple yoğunlaşma polimerlerinin yapısını,

Şema 6

olarak gösterirsek; R alifatik ya da aromatik bir grubu, Z ise -COO-, -NHCO-, -S-, -OCONH-, -O-, -OCOO-, ve -SO2- gibi fonksiyonel grupları temsil eder. Bu tanımlamanın dışına çıkan her polimeri katılma polimeri olarak isimlendirebiliriz. Ayrıca belirtmemiz gereken bir nokta da katılma polimerlerindeki fonksiyonel gruplar zincirin kendisinde değil, zincire asılı olarak bulunurlar (vinil grubundaki Y atomu gibi). Ve bu iki tanımlamayı yeniden gözden geçirdiğimizde, kesin olarak poliüretanlar yoğunlaşma polimerleridir diyebiliriz.

Başa Dön

Polimerizasyon Mekanizmaları

Polimerlerin yapısal ve bileşimsel farklarının yanı sıra, polimer moleküllerinin sentez mekanizması da çok önemlidir. Son yıllarda kullanılan terimbilim, polimerlerin sentez mekanizmasını basamak-büyüme ve zincir-büyüme polimerizasyonu olarak sınıflandırır.

Bu iki mekanizmayı birbirinden ayıran birçok etmen vardır, ancak en önemli fark reaksiyona giren kimyasal türleridir. Bir diğer önemli fark da polimerin molekül büyüklüğünün reaksiyon dönüşümüyle olan bağıntısıdır.

Adından da anlaşılacağı gibi, basamak-büyüme polimerizasyonu Şema 1′ daha önce görüldüğü gibi basamak basamak ilerler. Yani, önce iki monomer birleşip dimeri oluşturur; sonra dimere bir monomer daha eklenir ve trimer oluşur; trimere bir dimer eklenir pentamer oluşur; ve bu büyüme basamak basamak devam eder. Bu sentez mekanizmasından dolayı polimer molekülünün büyüme hızı yavaştır. Basamak-büyüme polimerizasyonunu zincir-büyümeden ayıran en karakteristik özelliği, farklı büyüklükteki bütün moleküllerin polimerizasyon sırasında birbiriyle reaksiyona girmesidir. Basamak-büyüme polimerizasyona örnek olarak polikarbonat sentezi verilebilir.

Zincir-büyüme polimerizasyonunda ise durum biraz farklıdır. Bu mekanizmada polimerizasyonun başlaması için radikallerin oluşması gerekir. Radikal oluşturmak için ise başlatıcı kimyasallara ihtiyaç vardır. Radikaller bir kez oluştuktan sonra bir radikal grup başka bir monomere eklenerek bu monomeri reaktif hale getirir. Daha sonra bu reaktif monomer (yani yeni radikal grup) başka bir monomere bağlanır ve bu böylece devam ederek polimer zincirinin büyümesi gerçekleşir. Zincir-büyüme reaksiyonunun ilerleme aşamalası Şema 7′de genel vinil monomeri üzerinde örnek olarak gösterilmektedir. Zincir-büyüme polimerizasyonunu detaylı incelemek için Polimer Kimyası sayfamızı ziyaret ediniz.

Şema 7

Şemadan da anlaşılacaşı gibi, zincir-büyüme mekanizmasının 3 ana basamağı vardır: başlama, büyüme, ve bitme (sonlanma). Peroksit gibi kimyasallar başlatıcı (R*) olarak kullanılarak reaksiyon içerisinde radikal grup oluşturulur. Daha sonra bu radikal grup bir monomere eklenerek, eklendiği monomerde bir radikal grup oluşmasına sebep olur. Polimer zincirinin büyümesi de bu reaktif monomerlerin diğer monomerlere eklenmesiyle devam eder. Polimerin büyümesi bitme adını verdiğimiz basamakta, reaktif radikallerin yok edilmesiyle son bulur. Bitme işleminin gerçekleşebileceği farklı reaksiyonlar mevcuddur. Detayını görmek için tıklayınız. Burada kısaca bahsettiğimiz radikal zincir büyüme reaksiyonuna ek olarak, anyonik ve katyonik zincir büyüme reaksiyonları da vardır.

Tipik bir basamak-büyüme polimerizasyonuyla, zincir-büyüme reaksiyonlarının en büyük farkını polimerin molekül ağırlığının reaksiyon zamanına bağlı değişiminde, ve reaksiyon dönüşüm yüzdesinde görürüz. Şema 8a’da gösterdiğimiz gibi, zincir-büyüme mekanizmasında yüksek molekül ağırlıklı polimer, reaksiyon başlar başlamaz oluşur ve  reaksiyon sırasında sadece monomer, radikaller, ve yüksek molekül ağırlıklı polimer görülür. Şema 8b’de verilen tipik basamak-büyüme mekanizmasında ise uzun polimer zincirleri reaksiyonun en son aşamalarında ve yüksek dönüşüm yüzdelerinde görülür. Herhangi bir aşamada reaksiyonun içine bakıldığında, her türlü molekül ağırlığında -mer grupları görülür: monomer, tetramer, trimer, oktamer gibi…

Şema 8

Polimerleri yapılarına göre ayırdığımızda karşılaştığımız belirsizlikleri, aynı şekilde polimerizasyon mekanizmasına göre yapılan sınıflandırmada da görürüz. Mesela, bazı  polimerlerde görülen aşırı süratli başlama basamağı, reaksiyonu zincir büyüme mekanizmasından saptırabilir ve molekül ağırlığı gelişimi Şema 9′daki gibi doğrusal olabilir. Bu tür büyüme karakteristiği doğal bir polimer olan proteinlere mahsustur ancak bir takım sentetik polimer sistemleri de bu davranışı gösterebilir (ör. halka-açılma polimerizasyonu ile sentezlenen polimerler).

Şema 9

Başa Dön

Molekül Ağırlığı

Polimerin molekül ağırlığı diye bahsettiğimiz fiziksel kavramı açıklamak için öncelikle polimerizasyon derecesi‘ni tanımlayalım. Bir polimer molekülünün büyüklüğü (ya da uzunluğu) tekrar eden monomer birimlerinin sayısıyla verilir ve buna Polimerizasyon Derecesi (Degree of Polymerization-DP) denir. Bir polimerin molekül ağırlığı (ya da mol kütlesi) ise polimeri oluşturan tekrar birimlerinin molekül ağırlığı ile polimerizasyon derecesinin çarpımıdır ve “g/mol” birimi ile ifade edilir. Mesela, polietilen örneğini ele alırsak, her bir etilen monomerinde 2 karbon ve 4 hidrojen (-2HC-CH2-) bulunur ve monomerin molekül ağırlığı yaklaşık 28g/mol’dür. O zaman, polimerizasyon derecesi 1000 olan, yani 1000 adet etilenden oluşan, polietilenin molekül ağırlığı 28000g/mol olur. Polimerleri tanırken molekül ağırlığı kavramını iyi anlamak gerekir çünkü sentetik ya da doğal farketmeksizin, polimerlerin fiziksel özellikleri molekül ağırlığıyla doğrudan ilişkilidir.

Polimerleri diğer malzemelerden farklı ve işe yarar kılan mekanik özellikler, molekül ağırlığının bir sonucudur. Birçok önemli mekanik özellik, mukavemet gibi, büyük derecede molekül ağırlığına bağlıdır. Şema 10′daki düz çizgiyi incelediğimiz zaman görebileceğimiz 3 ana nokta vardır. (I) ile işaretlenmiş noktada bulunan polimerlerin molekül ağırlıkları 1000g/mol civarındadır ve bu polimerler kendi kendilerini ayakta tutmaya yetecek asgari düzeyde bir mukavemete sahiptirler. (I)’inci bölgeden itibaren artan molekül ağırlığı ile, mukavemet yüksek bir hızda artar ve (II) ile belirtilen noktaya ulaştığında mukavemet için kritik bir molekül ağırlığına gelinmiş demektir. (II)’den sonra mukavemetin artışı molekül ağırlığının artışından çok daha yavaştır. Molekül ağırlığı (III)’e ulaştığında ise mukavemet için limit noktasına gelinmiş sayılır. (II) ile belirttiğimiz işe yarar en düşük molekül ağırlığı, polimerden polimere değişir ve genelde 5000-10000g/mol arasındadır. Birçok mühendislik uygulaması için (II) numaralı kritik noktanın üzerinde bir mukavemete, yani daha yüksek molekül ağırlığına ihtiyaç vardır.

Şema 10

Şema 10′de kesik çizgilerle gösterilen bağıntı ise düz çizgiyle betimlediğimiz özelliklerin aynısını daha yüksek molekül ağırlıklarında gösteren polimerlere aittir. Bu tip polimerlerin zincirindeki  moleküller arası kuvvetler daha düşük olduğu için zincirler birbirlerine sıkı sıkı bağlanamaz ve mukavemetleri daha düşük olur. Bunun tam tersinde, poliamid ve poliester gibi, yani moleküller arası kuvvetleri yüksek olan polimerlerde, asgari mukavemetler daha düşük molekül ağırlıklarında elde edilir. Çünkü bu moleküller arası kuvvetlerin yüksek olması zincirlerin birbirleriyle daha sıkı etkileşimde olması anlamına gelir.

Molekül ağırlığının etkisi her türlü fiziksel özellik için aynı değildir. Bazı özellikler molekül ağırlığı ile artış gösterirken, bazısı da önce artış ve bir noktadan sonra azalış gösterebilir. Buna örnek olarak verebileceğimiz en önemli özellik “polimerin işlenebilirliği”dir. Polimerin işlenebilirliği molekül ağırlığı ile kritik bir noktaya kadar artar, sonra ciddi anlamda azalmaya başlar. Çünkü bir polimeri işleme, ya da proses etme, polimerin ağdalığına (vizkozite ya da akışkanlık) doğrudan bağlıdır. Ağdalık arttıkça polimerin eriyik haldeki akışı (melt flow) zorlaştığı için işlemek neredeyse imkansız hale gelir. Bunun yanında, çok düşük ağdalık derecesinde de polimer su gibi akışkan olabilir ve o zamanda polimeri kalıpta tutmak zorlaşır. Yani işlenebilirlik gibi bir özellik için polimerlerin ideal molekül ağırlığında olması tercih sebebidir. Burada polimer kimyacılarına düşen görev, en doğru molekül ağırlığını elde edebilecekleri bir sentezle gelmek ve polimer üretmektir. Fakat bazı durumlarda, yüksek molekül ağırlığı mühendislik uygulamasında kullanılacak polimerin mukavim olması için gereklidir. Böyle durumlarda ise polimer mühendisleri, polimerin ağdalığını azaltıcı katkı maddelerini bulur ve mukavemeti etkilemeden polimeri işlenebilir hale getirirler. Bu tür katkı maddeleriyle ilgili yeni teknolojiler için Kategoriler başlığı altındaki Katkı Maddeleri haberlerini inceleyebilirsiniz.

Polimerlerin molekül ağırlığından bahsederken önemle vurgulanması gereken bir nokta polimer makro-moleküllerinin tek bir molekül ağırlığına sahip olmamalarıdır. Polimerleri sentezlerken kullanılan reaksiyona bağlı olarak, bir polimerin molekül ağırlığı aslında küçük moleküller gibi monodispers değil, polidispers‘tir (Şema 11). Yani sentez sırasında bağlanan monomerler, tek bir molekül ağırlığına sahip polimerleri değil, birçok farklı molekül ağırlıgına sahip polimerler oluştururlar. Basılı kitaplarda ya da makalelerde, ve bu sitede, molekül ağırlığı dendiği zaman ortalama bir değer anlaşılmalıdır. Şimdi, molekül ağırlığı nasıl hesaplanır ve bu ortalama değer nasıl verilir onu inceleyelim.

Şema 11

Bir çözelti içindeki polimerin molekül ağırlığını hesaplamak için bir çok farklı yöntem vardır. Bu yöntemler bağlaşık özelliklere göre, ışık kırılmasına göre, ya da ağdalığın değişimine dayanarak hesaplama yapılmasını sağlar. Her bir ölçüm metodu için farklı molekül ağırlıkları hesaplanır çünkü her metodun meyilli olduğu ölçülebilir bir polimer büyüklüğü vardır. Bazı yöntemler yüksek molekül ağırlığındaki polimerlere eğilim gösterirken, diğer metodlar düşük molekül ağırlığındaki polimer zincirlerine meyilli olabilir. Böylece, farklı ortalama değerler çıkar. Şimdi bu ortalama molekül ağırlıklarını tanımlayalım:

1. Sayı-Ortalama Molekül Ağırlığı: Kısaca ”M_s” ile gösterilen sayı-ortalama molekül ağırlığını hesaplayan ölçüm metodları, polimer numunesinin içinde bulunan polimer moleküllerinin sayısını ölçer. M_s‘yi veren metodlar bağlaşık özelliklere bakarak ölçüm yapar. Örnek olarak, buhar basıncının ölçümü (buhar basıncı osmometresi), donma noktası ölçümü (kriyoskopi), buharlaşma noktası ölçümü, ve osmotik basınç ölçümü (zar osmometresi) verilebilir. Bunlar arasında en sık kullanılan yöntemler osmometri yöntemleridir.

M_s,bir polimerdeki bütün moleküllerin toplam ağırlığının, toplam mol sayısına bölünmesiyle hesaplanır:

formülünde verilen toplama opertörleri 1′den sonsuza giderken, N_x mol sayısını, M_x ise her bir ayrı molekülün mol ağırlığını ifade eder.

2. Ağırlık-Ortalama Molekül Ağırlığı: Eğer daha büyük zincire sahip bir polimerin molekül ağırlığı hesaplanmak isteniyorsa, polimer çözeltilerinden ışık kırılması yöntemiyle ölçüm yapılabilir. Bu yöntemle bulunan ortalama molekül ağırlığına, ağırlık-ortalama-molekül ağırlırlığı denir. “M_a” ile gösterilen bu ortalama değer,

formülündeki M_x ağırlığındaki moleküllerin, w_x ağırlıklarına göre oranlarıyla çarpımlarının toplanması sonucu hesaplanır.

Bir polimer zinciri büyüdükçe polimer çözeltisinde kırılan ışık daha fazla olacağından, bu metod yüksek molekül ağırlığındaki polimerler için daha iyi sonuçlar verir. Molekül ağırlığı 5000-10000′den yüksek olan her polimer için bu yöntem kullanılabilir ve bir üst limit yoktur.

3. Vizkozite-Ortalama Molekül Ağırlığı: Molekül ağırlığı ölçümü için kullanılan bir başka faydalı fiziksel özellik de polimer çözeltilerinin ağdalığıdır (vizkoziteleri). Aynı ışığın kırılmasında olduğu gibi, vizkozite de büyük polimer zincirlerinde yüksek değerlere sahip iken, düşük molekül ağırlığındaki polimerde küçük değerlere sahiptir. Ancak, çözelti vizkozitesinin molekül ağırlığına olan bağı ışık kırılmasından farklıdır. Bu sebeple, çözelti vizkozitesi, M_a‘yı ölçmez, “M_v” olarak gösterilen vizkozite-ortalama molekül ağırlığını ölçer:

Bu formülde verilen a bir sabit sayıdır ve polimerin hidrodinamik hacmine, çözülmüş polimerin çözeltideki efektif hacmine, kullanılan çözücüye ve polimere bağlı olarak farklı değerler alır (bu değerleri bulabileceğiniz kaynaklar için bizimle irtibata geçebilirsiniz). Ağırlık-ortalama ve vizkozite-ortalama molekül ağırlıklarının birbirlerine eşit olduğu durumlarda a değeri 1′e eşittir. Fakat, genellikle a değeri 0.5-0.9 arasında olur ve bu sebeple , M_a‘dan küçüktür.

Birçok polimerin polidispers olduğunu kabul edersek, polidispers polimerlerde yapılan ölçümlerde

M_a > M_v > M_s (bkz. Şema 12)

olarak çıkması beklenir. Ve molekül ağırlığının dağılımı arttıkça (yani polidisperslik arttıkça) ölçülen farklı molekül ağırlıklarının arasındaki farklar da artar.

Şema 12

Birçok uygulama için genellikle M_s ve sonra da M_a değerleri kullanılır.  M_s düşük polimer ağırlığına eğilim gösterirken,  M_a büyük polimer zincirlerinde iyi sonuçlar verir.  M_a / M_s 0ranı ise molekül ağırlığının dağılım grafiğinin genişliğine bağlı olarak, bir polimerin polidisperlik derecesini verir, ve endüstride sıkça kullanılan faydalı bir birimdir. Monodispers polimerler için M_a / M_s değeri 1′e eşittir ve polidisperlik arttıkça bu oran da artar.

Başa Dön

Fiziksel Hal

Yüksek molekül ağırlığına sahip polimerleri küçük moleküllerden ayıran bir diğer önemli özellikleri ise polimerlerin fiziksel yapılarıdır. Polimerlerin fiziksel hallerini tanımlarken iki ana hali incelemek gerekir. Bu fiziksel haller, amorf yapı ve kristal yapıdır ve birçok polimer her iki halde de bulunur. Bunun yanında, yalnız amorf halde polimerler olduğu gibi %100 kristal polimerler de olabilir. Ancak, %100 kristal polimer pek sık rastlanan bir yapı değildir. Genellikle, kristalleşebilen polimerler yarı-kristal halde bulunurlar. Yani, zincirin bir kısımı kristal yapıyı oluştururken, zincirin diğer bir kısmı da amorf yapıda bulunur.

Kristal ve amorf yapılar aslında polimer zincirinin oluşturduğu, sırasıyla, düzenli ve düzensiz yapıya tekabül eder. Daha basit bir anlatımla, eğer zincirler belirli bir düzen içinde yerleşirlerse kristal yapıyı oluştururken, tamamen düzensiz bir şekilde birbirlerine dolanırlarsa amorf yapıyı oluştururlar.

Polimer zincirlerinin nasıl bir kristal yapı oluşturdukları 1930′lardan beri araştırılan bir konudur. Günümüzde sıklıkla kabul edilen yapı ise santral anahtar tablosuna benzeyen bir yapıdır. Polimer zinciri, sanal bir tablonun içine girip çıkarak düzenli kristal yapıyı oluştururken, arada tablodan sapmalar göstererek düzensiz amorf yapıyı da yaratır (örnek olarak Şema 13′te  verilen tek kristali inceleyebiliriz).

Şema 13′te verilen yapının içinde katlanmış-zincirlerden oluşan lamellar (levha gibi) oluşmaktadır. Polimer kristallerinin en belirgin özelliğini, eriyik halden kristalize olan polimerlerde görebiliriz: polimer zincirleri lamellere dik olarak yönelmiştir, böylece zincirlerin katlanması zorunlu olarak gerçekleşir.

Şema 13

Yavaş bir şekilde soğutulan polimerlerde zincir katlanması rahatça gerçekleşir ve azami ölçüde olur. Hızlıca soğutulan polimerlerin kaotik ve karmaşık bir kristal yapısı vardır. Bu da, aslında, bir ürünü polimerden üretirken proses işleminin ne kadar önemli olduğuna kanıttır. Polimerlerin kristal ve amorf hallerindeki fiziksel (özellikle mekanik) davranışları faklı olduğu için, üretim sırasında oluşturulan yarı-kristal yapı polimerin kullanılacağı son uygulamayı da ciddi ölçüde etkiler. Mesela, piyasada en çok kullanılan polimerlerden biri olan polipropilenden, ucuz olduğu için, şişe yapmak istenir. Ancak polipropilen kristalleşebilen bir polimer olduğu için, kristalleşmesini engelleyecek ve şeffaf bir şişe oluşturabilecek üretim teknikleri geliştirilmiştir.

Eriyik halden kristalize olan polimerler genellikle küresel kristaller oluşturarak büyürler ve bunlara sferülit (spherulite) adı verilir (Şema 14). Sferülitler oldukça karmaşık yapılardır çünkü içlerinde sadece tek tip kristalleşmiş zincirleri değil, farklı kristalleri ve amorf haldeki düzensiz polimer zincirlerini de bulundururlar. Bu sebeple sferülit yapılara polikristal yapılar denir.

Şema 14

Sferülitik büyüme, merkezinde (çekirdeğinde) bulunan tek bir kristalin çok katmanlı yığın oluşturması ve her bir lamelin fibril oluşturmasıyla gerçekleşir. Kristalin büyümesi sırasında, kurdeleye benzeyen lameller, merkezden dışarı doğru büyürken birbirinden uzaklaşır, döner, ve dallanırlar. Lamellar fibrillerin uzadığı yöne dik olarak büyüyen polimer zincirlerinin katlanmasıyla kristal büyür. Polimerlerin ne kadar güçlü malzemeler olduklarını düşündüğümüz zaman, sferülitik yapıyı oluşturan gücün sadece van der Waals kuvvetleriden oluşmadığını alayabiliriz. Eğer Şema 14′teki çizime bakarsak, farklı sferülitlerdeki ve bir sferülitin içindeki lamelleri birbirine sıkı sıkı bağlayan lameller arası ve kristaller arası fibriller olduğunu görürüz.

Başa Dön

Isıl (Termal) Geçişler

Polimerik malzemeleri karakterize etmek için kullanılan iki ana geçiş sıcaklığı vardır: kristal erime sıcaklığı (T_e) ve camsı geçiş sıcaklığı (T_g). Kristalleşebilen polimerlerin %100 kristal olamadıklarını ancak yarı-kristal yapıda olduklarını ve bu yarı-kristal yapıda hem kristal kısımlar hem de amorf kısımlar olduğunu daha önce belirtmiştik. Yarı kristal bir polimerin kristalize olmuş zincirlerinin erimeye başladığı sıcaklık polimerin erime sıcaklığı olarak kabul edilir. Amorf yapıda bulunan kısımların ise soğuma sırasında yumuşak kauçuğumsu yapıdan sert, kırılgan, ve katı (rijit) camsı yapıya geçtiği sıcaklığa ise camsı geçiş sıcaklığı denir. Bir polimerin her iki ısıl geçişi de göstermesi morfolojilerine ve fiziksel hallerine bağlıdır. Tamamen amorf polimerler sadece T_g gösterirken, yarı-kristal polimerler ise hem T_g hem T_e gösterirler. Laboratuvar koşullarında oluşturalabilen %100 kristal polimerler ise sadece T_e ısıl geçişini gösterirler, camsı geçiş göstermezler.

Bu iki ısıl geçiş arasındaki farkları daha iyi anlamak için polimerin eriyik halden (ya da yüksek sıcaklıktan) soğutulurken uğradığı değişime bakmak gerekir. Bir polimeri yüksek sıcaklıktan soğutmaya başladığınızda, polimerin zincirlerinin ötelenme (translational), dönel (rotational), ve titreşimsel (vibrational) enerjileri düşmeye başlar. Moleküllerin toplam enerjisi düşerken, ötelenme ve dönel enerjilerinin toplamı sıfıra ulaştığında, kristalleşme başlar. Eğer moleküllerin kimyasal yapısında yeterli simetri varsa, moleküller düzenli bir yapıda toplanmaya ve kristal yapıyı oluşturmaya başlarlar. Bu düzenli yapının oluştuğu sıcaklığa kristalleşme sıcaklığı (T_k) denir. Küçük moleküllerin kristalleşme sıcaklığı erime sıcaklığı ile hemen hemen aynı olabilirken, polimerlerin erime ve kristalleşme sıcaklıkları genellikle aynı değildir. Kristalleşme ekseriyetle, erime sıcaklığının altında bir sıcaklıkta gerçekleşir. Ayrıca, polimerlerin hepsi simetrik yapı gerekliliğine sahip olmadığı için, her polimer kristalleşemez. Eğer simetrik yapı yoksa ve kristalleşme gerçekleşmiyorsa, sıcaklık düşmeye devam ettikçe moleküllerin toplam enerjisi de düşmeye devam eder. Camsı geçiş sıcaklığına erişildiğinde ise polimer zincirlerinin uzun-mesafeli hareketleri, başka bir deyişle segmental hareketleri, durur. Artık bu noktadan sonra polimer sert ve camsı davranışa geçer.

Polimerlerin ısıtıldığı zaman gösterdikleri davranışları da bu noktada incelemek gerekir. Amorf polimerler ısıtıldıklarında önce camsı geçiş sıcaklığından geçerek camsı yapılarından kurtulur ve kauçuğumsu hale kavuşurlar. Daha yüksek sıcaklıklara ısıtıldıklarında ise zamksı davranışa ve sıvılaşmaya uğrarlar. Bu sıvılaşma, kristallerde görülen kristal yapının erimesi değil moleküllerin hareketlerinin artışından kaynaklanan bir akışkanlık, ya da sıvılaşmadır. Yarı-kristal polimerler ise önce camsı geçiş sıcaklığından geçerek camsı yapıdan kauçuğumsu yapıya ulaşırlar. Daha yüksek sıcaklıklarda ise amorf yapılarının içinde oluşan kristal yapıları erimeye başlar ve eriyik halde bir polimer oluştururlar.

Herbir ısıl geçiş sırasında polimerin özgül hacmi ve ısı kapasitesi değişime uğrar. Şema 15′te görüldüğü gibi amorf ve yarı-kristal polimerlerin ısıl geçişleri farklı davranış gösterir. Birincil-derece ısıl geçiş olan T_e, özgül ağırlıkta sürekli olmayan değişim gösterirken, ikincil-derece geçiş olan T_g ise özgül ağırlığın sadece sıcaklık katsayısında değişim gösterir. Bu tanımı açıklamak gerekirse, polimerin kristal kısımları T_e noktasında erimeye başladıklarında sıcaklık sabit kalırken özgül hacimde sıçrama görünür. Amorf kısmın camsı geçiş sıcaklığına yaklaşırken özgül hacim sıcaklıkla beraber artar ve camsı geçiş sıcaklığında bu artış hızlanarak doğruda bir kırılma görülür. İkincil-geçiş olarak adlandırılan bu tip geçişlerde malzeme hal değiştirmez, sadece sabit basınç altında ısınma ısısında değişim olur.

Şema 15

Camsı geçiş sıcaklığı erime sıcaklığı kadar kesin olarak anlaşılmış bir ısıl geçiş değildir. Sadece termodinamik etkenlere değil kinetik etkenlere de kuvvetli bir şekilde bağlıdır. Mesela, bir polimeri hızlı soğuturken ulaşacağı camsı geçiş sıcaklığı, yavaş soğuturken ulaşacağı camsı geçiş sıcaklığından daha yüksektir.

Erime ve camsı geçiş sıcaklıklarını gösteren karakterizasyon yöntemlerinden en yaygın olanları Diferansiyel Taramalı Kalorimetri (DSC - Differential Scanning Calorimetry) ve Diferensiyel Isıl Analiz (DTA - Differential Thermal Analysis) yöntemleridir. Bu yöntemlerin detaylı işleyişini karakterizasyon kısmında inceleyeceğiz (çok yakında).

Bazı polimerlerde, camsı geçiş ve erime sıcaklıklarına ek olarak başka ısıl geçişleri de görmek mümkündür. Bu ısıl geçişlere örnek olarak, bir kristal formundan başka kristal formuna geçişin olduğu kristal-kristal geçişleri, ve kristal-sıvı geçişleri gösterilebilir.

* Segmental hareketler, polimer zincirinin bir parçasının (segmentinin) karbon-karbon bağlarının dönel hareketleridir (Not: zincirin üzerindeki yan grupların hareketleri camsı geçiş sıcaklığında durmaz).

Başa Dön

Gündelik Hayatımızdaki Polimerler

Gündelik hayatımızın hemen her anında çevremizde polimerden yapılmış en az bir malzeme görebiliriz. Polimerler, ya da daha yaygın bilinen adıyla plastikler, her alanda kullanılan çok yönlü malzemelerdir.

Polimerler hayatımızı kolaylaştıran, güvenli kılan, temiz tutan, ve eğlenceli hale getiren ürünlerin temel taşı olarak her an karşımızdadırlar. Uygun maliyetli bir malzeme olan polimer, birçok tasarım engelini de aşabildiği için teknolojik yeniliklerde sıklıkla tercih edilen bir malzeme olmuştur. Son yıllarda biyo-bazı polimerleri üretiminin artmasıyla da doğaya karşı daha duyarlı bir malzeme olarak gelecekte yerini alacaktır.

Şöyle bir çevremize baktığımızda, elimizdeki cep telefonundan, şu anda ekranına baktığınız bilgisayara; müzik dinlediğimiz CD’lerden, üzerimizdeki kıyafetlere; en basit ulaşım aracı arabalardan, yüksek teknoloji uçak ve teknelere; alış-veriş poşetlerinden, ameliyathane ekipmanlarına kadar her alanda plastikleri görebiliriz.

Polimerik malzemelerin bu kadar yaygın olmalarının sebepleri çok yönlü kullanıma yatkın, hafif, güvenli, dayanıklı, ve düşük maliyetli olmalarıdır.

Her alanda kullanıbilirler: Plastik malzemeler her türlü şekilde kolaylıkla üretilebildikleri için tasarımında sınır yoktur ve bu sebeple binlerce farklı uygulamada kullanılabilirler. İstenilen mekanik uygulamaya göre, sert ya da esnek yapılabildikleri gibi, katı ve gözenekli yapıda da kolayca üretilebilirler.

Hafiftir: Metal ya da seramik gibi malzemelerle karşılaştırıldıklarında çok daha hafiftirler. Bu sayede bir malı üretirken daha az hammadde kullanılabilir, daha az enerji harcanabilir, ürün daha kolay üretilebilir ve taşınabilir.

Güvenlidir: Plastikler hijyenik ve muhafız çözümler üretmekte kullanılırlar. Hafif olmalarına rağmen oldukça mukavimdirler. Böylece talepkar mühendislik uygulamalarında rahatlıkla kullanılabilirler. Parçalanmaya karşı dayanıklı olan polimerlerden neredeyse kırılmayan ürünler üretilebilir. Böylece ürünün korunması gerektiği uygulamalarda plastikler çok iyi performans gösterirler.

Dayanıklıdır: Polimerler mukavim, dayanıklı ve tok çözümler sunarlar. Zamanla çok kolay bir şekilde bozunmayan, kimyasallara ya da suya karşı direnci yüksek plastikler mevcuttur. Bu seyade yapı endüstrisinden, elektrik endüstrisine kadar dış etkenlere ve darbeye açık her uygulamada tercih edilirler.

Maliyeti uygundur: Polimer kullanımı birçok yönden üretim ve tedarik zinciri maliyetini düşürür. Öncelikle üretimdeki enerji maliyetini düşürürler ve buna ek olarak karmaşık ürünlerin yüksek hızda tek bir üretim hattından çıkmasını sağlayarak üretim hacminin artmasını sağlarlar. Ayrıca, hafif bir malzeme seçimi olan plastik kullanımı yakıt tüketimini de ciddi ölçüde azaltmaya yarar.

Polimer deyince aklimiza ne gelir, ya da ne gelmelidir? Polimerleri hayatımızın içinde nerelerde kullanılırız? Gündelik yaşamımızdaki polimerler ne ise yararlar, nasıl üretilirler? Bütün bu sorulara cevap bulmak ve polimerlerle tanışmak ya da polimerleri daha yakından tanımak için gündelik hayatta kullandığımız polimerlere göz atalım.

Tekstil

En sık kullanılan giyeceklerden kotlara ve tişörtlere baktığımızda çoğunlukla koton (pamuk) karşımıza çıkar. Pamuk ipliği aslında sellülozdan üretilen bir polimer zinciridir ve doğal bir polimerdir.

Pamuğun yanı sıra yün ve ipek de doğal polimerlerdendir. Bu doğal ipliklerin tekstil alaninda kullanımı hala sürerken, son yıllarda gelişen teknoloji ve bilim ile birlikte çeşitli polimerlerden üretilen sentetik iplikleri de hemen hemen her türlü tekstil alanında görmek mümkündür. İnsan yapımı olan polimer bazlı sentetik ipliklere; yanmazlık, su geçirmezlik, kirlenmemek, elastikiyet gibi istenilen özellikler eklenebilir ve ileri teknoloji tekstil malzemeleri üretilebilir.

Tekstil sanayisinde kullanılan en yaygın sentetik iplikler poliester ya da poliamid (naylon) bazlıdır. Poliesterden yapılmış iplikler her türlü giyecek üremitinde ya tek başına ya da pamuk gibi doğal ipliklerle birlikte kullanılır. Örneğin Dacron, esnemeye dayanıklı ve kırışmaz, poliester bazlı bir ipliktir. Kazak üretiminde kullanılan sentetik ipliklerde çoğunlukla akrilik ipliği karşımıza çıkar. Genelde suni yün ya da ipek olarak da kullanılır. Akrilik bazlı bu sentetik polimerler poliakrilonitril ya da Rayon^®dur. Vücuda oturan esnek kumaşların üretiminde ise Spandex^® denilen özel bir poliüretan kullanılır. Mayolar, bisiklet şortları ve dalgıç kıyafetleri gibi spor ürünlerinde de bu ozel iplikler kullanılır.

Ayakkabılara ek olarak çoraplar da sentetik ipliklerden üretilebilir. Çoğunlukla poliester ve naylon ipliklerden üretilen çoraplar, son yıllarda Bamboo ağacından üretilen polimer ipliklerinden de üretilmeye başlanmıştır. Çorap üretiminin yanı sıra, su gecirmeyen tekstil üretiminde de naylon ipliği çok yaygın kullanılır. Şemsiye, yağmurluk, halı, perde, diş fırçası, tarak gibi ürünler de naylon polimerinin kullanıldığı diğer ürünlerdir.

Elektronik Esya

Polimerden üretilmiş malzemelerin belki de en çok kullanıldığı alan elektronik eşyalardır. Bu alanda kullanılan ürünlerde, genel olarak termoplastik özelliklere sahip polimerler tercih edilmesine rağmen, kesin kullanım alanına bağlı olarak doğru polimer çeşidinin seçilmesi çok önemlidir. Doğru polimer malzeme seçimi, ürünün güvenilirliliğini ve kalitesini doğrudan etkilemektedir.

Elektronik eşya denilince akla ilk gelen malzeme bakır gibi iletken metaller ya da silikon gibi yarı-iletken malzemelerdir. Polimerlerin birçoğu yalıtkan olmakla beraber elektronik sektöründe çok geniş kullanıma alanına sahiptir, çünkü iletken bakır telleri güvenle kullanmak için yalıtkan kablolarla kaplamak gerekir! Bu sebeple kablo üretiminde polietilen ya da polivinil klorür (PVC) kullanılır. Eğer kullanılacak kablonun yüksek sıcaklıklara dayanıklı olması gerekirse poli(vinilidin florürür) (PVDF) polimerinden üretilmesi tercih edilir.

CD’ler, CD kapakları, teyp ve müzik seti çerçeveleri de polikarbonat, polistiren ya da ABS denilen yaygın ticari plastiklerden üretilir. CD çalıcılar ve bilgisayar anakartları da gene yaygın olan başka bir ticari polimerden, epoksilerden üretilir.

Ses sistemlerine baktığımızda ise, hoparlör konisinin kağıttan yapıldığını görürüz. Kağıt da aslında selüloz bazlı başka bir doğal polimerdir. Eger yüksek kalite hoparlörleri incelersek bu koninin polipropilen denilen sentetik bir plastikten üretildiğini görürüz. Polipropilen ticari polimerler içinde baş sıralarda yer alır. Dünyada üretimi ve kullanımı en yaygın olan üçüncü polimerdir. Sadece elektronik endüstrisinde değil, birazdan inceleyeceğimiz gibi otomotiv endüstrisinde çok önemli bir yere sahiptir.

Yalıtkan elektronik eşyaların yanı sıra, ileri teknoloji aktif elektronik malzemelerde, ya da diğer ismiyle “akıllı malzemeler”de de plastikleri görmek mümkündür. Mesela piezoelektrik bir polimer olan poli(vinilidin florür) (PVDF) yüksek frekanslı hoparlörlerin (tweeter) üretiminde kullanılır. PVDF dediğimiz plastiğin en önemli özelliklerinde biri, elektrik alanın içine sokulduğunda plastik şekil değişimine uğramasıdır (piezo etki). Hoparlör kullanımında ise bu şekil değişiminin yarattığı titreşimlerden ses oluşturulur.

Bilgisayarlar gibi cep telefonlarının da dış kabı plastikten üretilir. Devamlı elimizden düşen ama bir türlü kırılmayan bu çerçeveler yüksek darbeye dayanıklı polistirenden (HIPS) üretilir. HIPS (high-impact polystyrene), polistiren-polibütadiyen graft kopolimerinden oluşur. Kendi başına kırılgan olan polistiren, kauçuğumsu polibütadiyen ile birleşince daha tok bir malzeme ortaya çıkar. Bu plastik çerçeveler ABS (Poli(akrilonitril-ko-bütadiyen-ko-stiren))denilen başka bir polimerden de üretilebilirler.

Otomotiv Sanayi

Otomotiv sektörü plastik malzemelerin en sık kullanıldığı alanlardan biridir. Mümkün olan alanlarda metal parçaların yerine plastik kullanılarak giderek daha hafif ve daha ucuz otomotiv üretimi sağlanmaktadir. Hafifliğe bağlı olarak otomobilde yakıt tüketimi de daha ekonomik hale gelmektedir. Özellikle Türkiye’de oto yan sanayisinin ve yan sanayi parça üretiminin yüksek olduğu düşünülürse, otomotiv plastikleri sektörü ülkemizde önemli bir sanayi dalıdır.

Bütün araçlarda kullanılan polimerlerin başında kauçuk gelir. Araba lastiğinin temel malzemesi olan kauçuk hem sentetik yollarla hem de doğal olarak üretilebilen bir polimerdir. Lastikler tek bir plastikten üretilmez, lastik dişleri stiren-polibutadien kopolimerinden, yanakları poliisoprenden ve içi poliisobütilenden üretilir. Ayrıca lastikleri güçlendirmek için lastiğin içine çelikten ya da polimerden yapılmış kordlar konur. Polyester, naylon ve Kevlar® sentetik polimer kordlarin başında gelir. Kauçuğun kullanıldığı bir başka araba parçası da cam silecekleridir. Çoğunlukla poliisoprenden üretilirler.

Darbeye karşı dayanıklı olan ABS polimeri araçların daha hafif üretilmesini ve bu sebeple yakıt tüketiminin düşmesini sağlar. Tampon, çamurluk gibi parçaların üretiminde kullanılır. Araç farları şeffaf bir polimer olan polikarbonattan üretilir. Bu polimere şekil verilerek far lensi olarak kullanılıir. Araç içinde kullandığımız plastik paspaslar genellikle naylon ya da poliüretandan üretilmektedir.

Dünyada en çok üretilen polimerlerin başında gelen polipropilen de otomotiv sanayisinde çok sık kullanılır. Otomotivin üretildiği ülkeye göre, bir araç içinde 50 ile 70kg arasında kullanılan polipropilen, özellikle araç içi parça imalatında tercih edilen bir polimerdir.

Son günlerde plastik sektöründeki üretim tekniklerinin ilerlemesi ve özellikle otomotiv sektörünün maliyeti düşürme çabaları, sadece araçlardaki kozmetik parçaları değil, kaput altında bulunan diferansiyel ve motor gibi metal ağırlıklı elemanların da bir takım parçalarının plastik malzemelerden yapılmasını sağladı. Mesela, Sabic Plastik Şirketi ve Hyundai’nin ortak çalışması olarak tamamen plastikten üretilmiş bir prototip araç üretildi. Her ne kadar bu araç şu anda (2009) bir prototip aşamasında olsa da yakın gelecekte yollarda görebileceğimiz büyük bir teknolojik adımdır.

Sağlık

Tıbbi malzeme endüstrisinde plastik kullanımı yaygınlaşmaktadır. Cam ve metal gibi geleneksel malzemeler, tek kullanımlık plastik malzemelerle hızlı bir şekilde yer değiştirmişlerdir. Şırıngılar, eldivenler, bandajlar ve gözlükler bunlardan sadece birkaçıdır. Plastiklerin tek kullanımlık olma özelliği, kullanıcı açısından enfeksiyon riskini azalttığı gibi; üretim ve maliyet açısından bakıldığında ise sterilizasyon basamağını neredeyse ortadan kaldırmaktadır.

Laboratuvar ve ameliyat ortamında kulanılan eldivenler genellikle lateksden üretilmiştir. Lateks, kauçuk bazlı sentetik bir polimerdir.

Tek kullanımlık şırıngalar tıbbi malzemelerin başında gelir ve genellikle polietilen denilen plastikten ya da camdan üretilir. Kimyasallara karşı dayanıklılığı sayesinde bilimsel araştırma yapan laboratuvarlarda da kullanılır. Polietilen üretilirken ve proses edilirken kullanılan yumuşatıcı ya da plastikleştirici (plasticizer) diye adlandırılıan kimyasal katkı maddeleri, bu şırıngaların uzun süreli kullanımını kısıtlar; zaten bu sebeple tek kullanımlıktırlar. Tek kullanımlık laboratuvar şırıngaları polistirenden de üretilebilir.

Bandajların genellikle elastik olmaları istendiğinden pamuğun yanısıra içlerine spandex ya da elastan da konulabilir. Elastan oldukça elastik bir tekstil polimeridir ve ticari adı Lycra® ya da Dorlastan® olarak geçer. Yapışkan bandajlar ise poliisobütilen ve polibüten karışımlarından üretilir.

Gözlük camı üretimi plastiklerin kullandığı geniş alanlardan bir diğeridir. Aramızda organik cam diye tabir ettiğimiz camlar aslında plastiktir ya da plastik bazlıdır. Her üreticinin tercih ettiği bir polimer formülü ya da karışımı vardır ancak genellikle polikarbonat ya da polimetilmetakrilat (PMMA) temelli karışımlar kullanılır. Bu şeffaf plastiklerin gündelik hayatımızda yarattığı en büyük fark, camdan yapılan gözlük camlarının ağırlığından bizleri kurtarmasıdır. Polikarbonatın ve PMMA’nın kırılma indisi camınkinden daha yüksek olduğu için büyük numara gözlüğe ihtiyacı olan göz hastaları kalın camlardan kurtulup, ince plastiklere geçmişlerdir.

Gözlük takmayı sevmeyen insanları rahatlatan bir başka plastik ürün de kontak lenslerdir. İlk çıktığı zamanlarda sert bir plastik olan PMMA‘dan üretilen lensler günümüzde çok daha yumuşak poliakrilamidlerden ve silikon bazlı polimer hidrojellerden üretilmektedir. Yeri gelmişken belirtmek gerekir ki, gündelik hayatta bizim çok sık kullanmadığımız, ancak yaygın olarak araştırma amaçlı kullanılan mikroskop ve benzeri optik aygıtların içinde poli(dimetilsiloksan)‘dan (PDMS) üretilen lensleri görmek mümkündür.

Kişisel bakım ürünlerinin hemen hepsinin bir parçasinda ya da fomülünde polimerleri görürüz. Mesela şampuanların içinde polietilenglikol (PEG) sıkça bulunur. PEG-100 ya da PEG-250 gibi numaralarla karşımıza çıkan bu polimerin adının sonuna konan sayı onun polimer zincirinin büyüklüğünü temsil eder. Silikon bazlı polimerleri, mesela PDMS’i, şampuanlarda görebiliriz. Saç spreyleri ve jölelerinde de PEG’i ve poli(vinilpirolidon) polimerlerini bulabiliriz.

Poliüretanı köpük şeklinde üretmek mümkün olduğu için ayakkabıların içlerine konan tabanlar bu plastikten üretilir ve daha sağlıklı ayaklara sahip olmamızı sağlar. Bu arada hatırlatmak gerekir ki poliüretan köpükleri aynı zamanda birer yapı malzemeleridir. Otomotiv sanayinde koltuk yapımında da kullanılırlar. Poliüretan köpüğü değişik sertliklerde ve yapıda üretilebildiği için farklı sektörlerde kullanmak mümkündür.

Yapı Malzemeleri

Altyapı ürünlerinden, ev dekorasyon ürünlerine kadar yapı malzemesinin her alanında plastik malzemeleri ya da plastik bazlı kompozit malzemeleri görebiliriz. En sık kullanılan altyapı ürünü poli(vinil klorür) (PVC) bazlı plastik su borularıdır. Bu borular polipropilen vanalarla kontrol edilebilir ve yine PVC bazlı parçalarla su arıtma elemanları kuralabilir. Yani bütün bir su tesisatı alt yapısını tamamen plastik elemanlardan inşaa etmek mümkündür. Ayrıca, PVC polimerini çatı ve yer kaplaması olarak da kullanabiliriz.

Evlerin içine baktığımızda ise duvarlarda plastik ürünlerinin hızla yayıldığı boya sektörüyle karşılaşırız. Plastik bazlı boyalarda akrilikler, poliüretanlar, poliesterler, epoksiler ve melamin reçineleri bulunabilir. Bu kimyasallar boyanın duvarlara ve birbirine daha iyi tutunmasını sağlamakla birlikte boyaya daha güzel bir son görünüm kazandırırlar. Son yıllarda artan bilimsel araştırmalar sayesinde ise bu polimerler nano-parçacıklarla geliştirilerek, su tutmayan, kendi kendini temizleyen ya da UV ışınlarından koruyan ileri teknoloji ürünü boyalar piyasaya çıkmıştır. Önümüzdeki 10 sene içinde güneş enerjisi depolayan duvar boyasını görürsek de şaşırmamak gerekir…

Düşük maliyet ve uzun süreli kullanım sağlayan, polyester fiberlerle güçlendirilmiş ve epoksi reçine ile kalıplanan su depoları, evyeler ve banyo küvetleri de yapı endüstrisinde kullanılan plastiklerdir. Özel kalıplama teknikleriyle sandalyeler, banklar, çöp kutuları gibi gündelik hayatımızda her an karşımızda duran parçalar da plastikten üretilebilir. Bu tür yapı malzemeleri üretirken polyesterden polipropilene, epoksiden poliakriliğe farklı plastikler kullanılabilir. Hangi plastiğin ve hangi güçlendirme elyafının kullanılacağını, üretilen parçanın maruz kalacağı fiziksel ya da kimyasal etkenler belirler.

Yiyecek-İçecek Endüstrisi

Son yıllarda plastiğin insan sağlığına olan zararları hakkında çok sık yazılıp çizilse de plastik malzemeleri mutfaklarımızda hala görmekteyiz. Mesela plastik tepsiler genellikle polietilenden üretilir. Sebillerden su içmek için kullandığımız bardaklar ise polipropilen, polietilen ya da polistirenden üretilir. Yemekleri sarmak için kullandığımız şeffaf plastikler ise ticari adı Saran® olan poli(vinildin klorür) (PVDC) denilen polimerden üretilir.

Yiyecek ve içeceklerin paketlenmesinde üretilen plastikler apayrı ve çok büyük plastik alt-sanayi oluşturmuştur. Su ve gazlı meyve suları gibi içecekleri barındıran plastik şişeler genellikle poli(etilen teraftlat)‘tan (PET) yapılır. Hala bu konularda endüstriyel araştırmalar yapılmakta ve saklanan yiyeceğin ya da içeceğin raf ömrünün arttırılmaya çalışılmaktadır. Polimerlerin gaz geçirgenliği problemi tam olarak çözülmemiş olsa bile, günümüzde (2009) plastikten yapılmış şarap ve bira şişeleri de görebiliriz.

Spor Eşyaları

Yukarıda tekstil malzemeleri kısmında da bahsettigimiz gibi polimerler spor eşya üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır. Kullanım alanı sadece giyecekle kısıtlı kalmayıp; dayanıklı ve hafif spor malzemelerinde de polimerler kullanılır. En yaygın kullanılan polimerler arasında poliüretan, naylon, akrilik, epoksi, PVC, polipropilen ve poliesterleri sayabiliriz.

Özellikle spor ayakkabılarda kullanılan plastikler içinde naylon ve poliüretan en yaygınlarıdır. Ayakkabı tabanlarında genelde SBS ya da Poliüretan polimerleri kullanılır. Ayakkabı bağcıkları da naylon’dan ya da pamuktan üretilir. Pahalı ayakkabıların çoğu deriden üretilmesine rağmen, PVC’den ya da farklı kopolimerlerden üretilen ucuz ayakkabıları da piyasada görmek mümkündür. Son yıllarda çok moda olan yağmur çizmeleri genellikle, gene doğal bir polimer olan ancak kimyasal olarak da üretilen, Poliisopren’den yapılır. Bunun yanında, bir kalıp gibi ayağın şeklini alan ayakkabılar da gözenekli yapıya sahip özel polimerlerden üretilmektedir.

Ayakkabının yani sıra top (fulbol, basketbol, voleybol, tenis, golf), raket, yüzmede bone, gözlük gibi ürünlerin üretimi de plastik malzemelerle yapılmaktadır. Örnek vermek gerekirse fulbol toplari eskiden deriden üretilirken günümüzde daha hafif olmalari açısından poliüretan ya da naylondan üretilmektedirler.  Ayni örnek golf ve voleybol topları için de geçerlidir. Tenis raketleri eskiden tahtadan üretilirken günümüzde sağlamlık ve hafiflik açısından karbon elyafla takviye edilmiş epoksiden üretilmektedir. Karbonun yerine cam ya da titanyum elyafı da kullanılmaktadır. Eskiden hayvan bağırsağından üretilen raket iplikleri günümüzde naylondan üretilmektedir.

İleri teknoloji kullanılan sporların hemen hepsinde polimer bazlı malzemeler, özellikle kompozitler, kullanılır. Yelkenli yarış teknelerinin gövdeleri karbon elyafla güçlendirişmiş epoksiden yapılırken,  yelken malzemesi olarak da karbon elyafla güçlendirilmiş Kevlar örgüler kullanılır. Formula 1 yarışları gibi yüksek performans isteyen araçların gövdeleri karbon elyafla güçlendirilmiş epoksiden yapılırken, motor elemanlarının içinde de poli(eter eter keton) gibi yüksek ısıya dayanıklı, hafif polimerler kullanılır.

Başa Dön

Bu yazı toplamda 0, bugün ise 0 kez görüntülenmiş

Polimerler, seramik ya da metal gibi diğer malzemelerden farklı olarak daha hareketli, ve daha “canlı” malzemelerdir. Molekül boyutlarının büyük olması, seramikler gibi tam bir düzene geçmelerine imkan vermediği gibi, tamamen düzensiz olmayı da tercih etmezler.

Polimerlerin diğer malzemelerden farklı bütün özelliklerini daha iyi anlayabilmemiz için polimer fiziği kuramlarını incelemek gerekir. Polimer fiziğinin temel bilgilerini kullanarak, bu makro-moleküllerin farklı ortamlar ya da etkenler altında nasıl davranacaklarını öngörebiliriz. Polimerik malzemelerin fiziksel davranışları ve bu davranışların hangi kinetik, dinamik ya da termodinamik kanunlarını takip ettiği oldukça detaylı ve bir o kadar da zevkli bir konudur. Bir polimer zincirinin çözelti içinde nasıl davrandığını, hangi konformasyonlara girdiğini hesaplamak ve görsel olarak betimleyebilmek bu malzemelerin farklı davranışlarını anlamamıza yardımcı olur.

Polimer Fiziği bölümünün altında, sizlere temel polimer fiziği konularını açıklamaya çalışacağız. Bir polimer bilimcisinin en çok bilmesi gereken temel polimer fiziği kuramlarını ve denklemlerini inceleyip, bu kavramların nerelerde kullanılacağını tartışacağız. Bütün konuları derinlemesine incelemek ne yazık ki mümkün olmadığı için, daha fazla bilgiye ihtiyaç duyduğunuz durumlarda ya da çözmeye çalıştığınız fiziksel sorunlarda fikir paylaşımak için iletişim linkinden bizimle irtibata geçebilirsiniz.

1. Polimer Zincir Boyutu

2. Polimer Çözeltileri

3. Kauçuk Elastikiyeti

4. Genel Polimer Dinamiği (Çok Yakında…)

Bu yazı toplamda 0, bugün ise 0 kez görüntülenmiş

Çok geniş kullanım alanına sahip olan polistiren ucuz ve sert bir termoplastik polimerdir. Aromatik bir polimer zincirine sahip olan polistiren, aromatik stiren monomerinden sentezlenir. Stiren monomeri ise petrokimya endüstrisince üretilen sıvı bir hidrokarbon molekülüdür.

Polistiren (PS) gündelik hayatımızda en çok karşımıza çıkan plastiklerdendir. Hatta polietilenden sonra en çok kullanılan plastiktir diyebiliriz. Termoplastik bir polimer olduğu için ısıtılıp soğutulurak işlenebilir ve kalıplanabilir. Oda sıcaklığında katı halde bulunan PS yüksek sıcaklıklarda kalıplanarak ve soğutulurak istenilen şekilde ürünler elde edilir. CD ve DVD kapaklarını bu ürünlere örnek olarak verebiliriz. Saf halde bulunan katı PS şeffatır, ancak pigmentler kullanılarak istenilen renkte malzeme üretilebilir. Polistiren köpük üretmek de mümkündür ve bu şekilde üretilen ve gündelik hayatımızda devamkı kullandığımız ürünlere başlıca örnek plastik beyaz su bardaklarıdır.

(C8H9)n formülüyle de tanımlayabileceğimiz polistiren uzun bir hidrokarbon zincirinin üzerinde her iki karbondan birine fenil grubunu bağlanmasıyla oluşur. Vinil bazlı bir monomerden sentezlendiği için polimerizasyonu da serbest radikal vinil polimerizasyonu ile gerçekleşir.

Şekilde görüldüğü gibi oluşturulan polimer izotaktik polistirendir (iPS) ancak endüstride iPS üretimine pek rastlanmaz çünkü iPS’in kristalleşebilen diğer polimerlerden daha üstün özelliklere sahip değildir ve iPS sentezi izotaktik polipropilen ya da polietilen sentezinden daha maliyetlidir. Buna ek olarak iPS’in kırılganlığı artmış ve kristal yapısından dolayı prosesi zorlaşmıştır. Normal polistiren diye de adlandırılan ataktik PS’nin üretimi daha yaygındır. Kolaylıkla proses edilebilen bu polimer adeta enjeksiyon kalıplama için yaratılmıştır diyebiliriz. Ancak bu polimer de ataktiksitenin getirdiği düzensizlikten dolayı kristalleşemez; amorftur ve bu sebeple de bir erime noktası yoktur. Yüksek sıcaklıklarda, düşük molekül ağırlıklı bileşiklerden oluşan bir karışıma (çoğunlukla stiren) dönüşerek bozunmaya uğrar. Bu noktada hatırlamamız gereken nokta, kristalleşmenin görülmesi için moleküler bazda bir düzenin olması gerektiğidir. Yani kristalleşme ancak izotaktik ya da sindiotaktik konformasyonları ile mümkündür. Metalosen-katalizörlü polimerizasyon yöntemiyle sindiotaktik PS üretilebilir. Kristal yapı oluşturabilen bu polistirenin erime noktası 270°C civarındadır.

Kristal yapı oluşturamasa bile ataktik PS günümüzde hala önemli bir mühendislik plastiğidir. Özellikle polimerizasyon sırasında reaksiyona eklenen polibütadiyen (PB) kauçuğu sayesinde polistiren ve polibütadiyen arasında kopolimerizasyon elde edilir. Kopolimerler başlığı altında daha detaylı anlatıldığı üzere “birbirini sevmeyen” polimer zincirlerinin kopolimerleri macro-faz ayrımına uğrarlar ve farklı morfolojiler oluştururlar. Aynen bu şekilde PB-PS kopolimeri de birbirini sevmez ve PB kısmı kendi içinde topçuklar (globül) oluşturarak PS zincirine bağlı bir şekilde dururlar. Bu globüller sayesinde polistiren aslında sahip olmadığı yeni bir özelliğe kavuşur ve darbeye karşı dayanımı aşırı derecede artar. Normalda darbe aldığında oldukça kırılgan olan PS bu PB globülleri sayesinde darbeden gelen enerjiyi emerek daha mukavim ve tok bir malzemeye dönüşür. Üretilen bu yeni polimer piyasada yüksek darbe polistireni (High Impact Polystyrene HIPS) adıyla bilinir.

Diğer plastikler gibi polistiren de kimyasal reaksiyonlara karşı atıldır. Özelikle alkali metallere, halid asitlere, indirgeyen ve yükseltgeyen bileşiklere karşı dayanıklıdır. Nitrik asit kullanılarak PS zincirini nitratlaştırmak ve kansantre sülfürik asit kullanılarak da PS zincirini sulfonlaştırmak mümkündür. Böylece 100°C’de suda çözünebilen bir reçine elde edilir. Kimyasallara karşı genellikle atıl olmasına rağmen birçok çözücüye karşı direnci düşüktür. Açık hava ortamında dış etkenlerinden etkilenir ve kararlığı bozulurak sararmaya ve çatlaklar oluşturmaya başlar.

Camsılaşma sıcaklığı (Tg) 100°C dolaylarında olan PS oda sıcaklığında katı halde oldugu için gündelik hayatımızda çok sık kullanılır. Özellikle pakelteme endüstrisinde yaygındır. Daha önce de belirttiğimiz gibi proses etmesi çok kolay bir plastiktir. Kararlılığı ve uygun akışkanlığı sayesinde enjeksiyon kalıplama için ideal bir plastiktir. Kolay renklendirilmesi, seffaflığı ve berraklığı gibi mükkemmel optik özelliklere sahip olan PS, yüksek kırılım indisiyle (1.60) optik plastik parça yapımında sıklıkla kullanılır. Optik ve üretim özelliklerine ek olarak, ortalama bir mukavemete sahiptir: gerilme direnci 50-60Mpa civarındadır. Mekanik özellikleri açısından çok tercih edilen bir plastik değildir çünkü kırılgandır ve yük altında eğilme sıcaklığı (Heat Deflection Temperature-HDT) diğer malzemelerle karşılaştırıldığında göreceli olarak düşüktür (82-88°C); bu da polistiren ürünlerin sterilize edilemeyeceğini bu sebeple de sağlık endüstrisinde kullanılamayacağını gösterir.

Stiren bazlı kopolimerleri de polistiren başlığının altında ele alabiliriz. Bu kopolimerlerin başında stiren-bütadien sentetik kauçukları gelir. Üretim hacmi açısından oldukça önemli bir yere dahip bu polimerler lateks bazlı boyalarda yaygın olarak kullanılır ve genellikle ağırlıkça %60 stiren - %40 bütadien içerirler. Stiren-bütadien’den sentezlenen blok-kopolimerleri termoplastik elastomer pazarında önemli bir yere sahiptir.

Daha önce de belirttiğimiz gibi stirenin içerisine konacak az miktarda komonomer ile stirenin tercih edilen özellikleri korunurken, ısıya ve darbeye dayanımı gibi özelliklerinin artması sağlanır. Bu tür fiziksel özelliklerin artmasını sağlayan komonomerler, sistemdeki moleküller arası kuvvetlerin artmasını sağlayan ya da polimer zincirindeki rotaston serbetliğini azaltarak sistemi sertleştiren komonomerlerdir. Bunlara örnek olarak akrilonitril ve fumaronitril komonomerlerini sayabiliriz.

Polistirenleri güçlendirmek için ortaya çıkan bir başka plastik de otomotiv yan sanayinde oldukça yaygın kullanılan ABS polimeridir. ABS reçinesi kauçukla güçlendirilmis bir polimer matrisidir. Ancak bu sefer sistemdeki camsı matris sadece polistiren değil stiren-akrilonitril kopolimeridir ve elastomerik kauçuk da stiren-bütadien kopolimeridir. ABS ismi de bu komonomerlerin isimlerinin başharflerinden gelmektedir. ABS’nin yüksek sıcaklıklara ve kimyasal çözücülere dayanımı HIPS’ten daha iyidir. ABS çok iyi bir mühendislik plastiğidir ve diğer plastik malzemelerden farklı olarak, metaller gibi, soğuk olarak da şekillendirilebilir.

Polistireni köpüksü yapıda üretmek de mümkündür. Süspansiyon polimerizasyonu ile sistemin içine köpürtücü madde yerleştirilir ve reaksiyon sonunda yüksek ısı polistiren reçineyi yumuşatırken bu maddleri de buharlaştırırak süngerimsi/köpüğümsü yapıyı oluşturur.

ABS
Yapı	Amorf
Yoğunluk	1.05	g/cm3
Erime Sıcaklığı	-	°C
Kristalleşme Sıcaklığı	-	°C
Camsılaşma Sıcaklığı	107	°C
Doğrusal Genleşme Katsayısı (CTE)	78.3	μm/m-°C
Yük Altıda Eğilme Sıcaklığı (HDT)	90	°C @ 0.46 MPa
Azami Servis Sıcaklığı (Hava)	94	°C
Dielektrik Dayanımı	16	kV/mm
Saydamlık	Yarı Saydam
Mekanik Özellikleri
Gerilme Mukavemeti	30	MPa
Basma Mukavemeti	62	MPa
Çekme Modülü	2.3	GPa
Kopma Esnemesi	28	%
Darbe Dayanımı (Çentiksiz Izod)	6.32	J/cm
Sertlik	R110	Shore Ölçeği
* Tabloda ortalama değerler verilmiştir. Bu değerlerin polimerin molekül ağırlığına ve numunenin üretim şekline gore farklılık göstermesi mümkündür. Kaynak: http://www.polymerprocessing.com

 

Polistiren (HIPS)
Yapı	Amorf
Yoğunluk	1.03	g/cm3
Erime Sıcaklığı	-	°C
Kristalleşme Sıcaklığı	-	°C
Camsılaşma Sıcaklığı	74	°C
Genleşme Katsayısı (CTE)	0.000042
Yük Altıda Eğilme Sıcaklığı (HDT)	83	°C @ 1.82 MPa
Dielektrik Dayanımı	18	kV/mm
Saydamlık	Yarı Saydam
Mekanik Özellikleri
Gerilme Mukavemeti	24	MPa
Basma Mukavemeti	52	MPa
Çekme Modülü	2	GPa
Kopma Esnemesi	65	%
Darbe Dayanımı (Çentikli Izod)	1.28	J/cm
Sertlik	R65	Shore Ölçeği
*  Tabloda ortalama değerler verilmiştir. Bu değerlerin polimerin molekül ağırlığına ve numunenin üretim şekline gore farklılık göstermesi mümkündür. Kaynak: http://www.polymerprocessing.com

Bu yazı toplamda 0, bugün ise 0 kez görüntülenmiş

En yaygın ticari termoplastik polimer olan polipropilen 2001 senesinde tüm dünyada 45 milyon ton üretilerek 65 milyar dolarlık bir pazar yaratmıştır. Özellikle izotaktik polipropilen (iPP) düşük yoğunluğu ve yüksek mukavemeti sayesinde cok yüksek güç:ağırlık oranına sahiptir. Bu sebeple de otomotiv parçalarından tekstil ve paketleme endüstrisine kadar her alanda en yaygın kullanılan polimerdir.

Olefin tesislerinden ve petrol rafinelerinden çıkan gazlardan elde edilen propilen monomerinin koordinasyon katalizörleri ile polimerizasyonu sonucu elde edilen bir polimerdir (Sentez detayları için lütfen tıklayınız).

Polipropilen izotaktik, sindiotaktik ya da ataktik konformasyonlarında sentezlenebilir ve konformasyonun ne şekilde olduğu kristallik yapısı, oranı, ve yoğunluğu etkiler. Ataktik polipropilenin kristal yapı oluşturması çok zordur ancak izotaktik polipropilen LDPE’den daha fazla kristalleşebilirken HDPE kadar çok kristalleşemez. Bir başka deyişle iPP’nin kristal oranı %40 ile %70 arasında değişebilir. Polipropilen genellikle tok ve esnek bir plastiktir. Özellikle etilen ile kopolimerize edildiğinde ABS yerine kullanılan bir mühendilik plastiği haline gelmiştir.

Polipropilen kristallerinin erime noktası 160 derece dolayındadır ve genellikle 200 derece üzerinde proses edilir. Enjeksiyon kalıplama ve hava üflemeli döküm teknikleri ile polipropilen parçalar üretilir. Üretim aşamasında önemli bir etken de erime akış indeksidir (melt flow index - MFI). Erime akış indeksi polipropilenin  molekül ağırlığıyla direk bağlantılıdır ve MFI değerlerine göre bir plastiğin ne kadar proses edileceğini tahmin etmek mümkündür. Yüksek MFI değerlerine sahip polipropilenin proses esnasında kalıbı doldurması daha kolaydır. Ancak MFI değerinin artması aynı zamanda bazı fiziksel özelliklerde değer kaybına yol açar; mesela yüksek MFI değerine dahip polipropilenin darbe dayanımı daha düşüktür.

Polipropilen güneşten gelen UV ışınlarına ve ısıl işlem sırasındaki yüksek sıcaklıklara karşı hassas bir polimerdir. UV ışınına maruz kalınca, ya da yüksek sıcaklıklarda oksitlenince, polipropilen polimer zinciri bozunmaya uğrar. UV ışınlarından korumak için UV ışını emen katkı maddeleri (additive) kullanılarak polimerin ömrü uzatılabilir. Karbon siyahı bu maddelere bir örnektir. Yüksek sıcaklıklarda yapılan kalıplama işlemleri sırasında polipropilenin bozunmaması için ise anti-oksidan katkı maddeleri kullanılır.

Polipropilen genelde 3 farklı şekilde üretilir. Piyasada çoğunlukla homopolimer, kopolimer ya da blok-kopolimer olarak görülür. Kopolimerler üretilirken kullanılan ko-monomer genellikle etilendir ve etilen-propilen kauçuğu elde edilir. EPDM diye adlandırılan bu kopolimer polipropilenin modifikasyonunda sıkça kullanılır ve düşük sıcaklıklardaki darbeye karşı direncinin artmasında büyük rol oynar. Buna ek olarak, etilen monomerinin kopolimer zincirine rasgele yerlestirilmesi polipropilenin kristalliğinin düşmesine sebep olur ve böylece daha şeffaf bir plastik elde edilir.

Polipropilen
Yapı	Kristal
Yoğunluk	0.93	g/cm3
Erime Sıcaklığı	160	°C
Kristalleşme Sıcaklığı	111	°C
Camsılaşma Sıcaklığı	-10	°C
Doğrusal Genleşme Katsayısı (CTE)	115	μm/m-°C
Yük Altıda Eğilme Sıcaklığı (HDT)	102	°C @ 0.46 MPa
Azami Servis Sıcaklığı (Hava)	78	°C
Dielektrik Dayanımı	23	kV/mm
Saydamlık	Yarı Saydam
Mekanik Özellikleri
Gerilme Mukavemeti	31	MPa
Basma Mukavemeti	45	MPa
Çekme Modülü	1.3	GPa
Kopma Esnemesi	200	%
Darbe Dayanımı (Çentiksiz Izod)	8.39	J/cm
Sertlik	R95	Shore Ölçeği
*  Tabloda ortalama değerler verilmiştir. Bu değerlerin polimerin molekül ağırlığına ve numunenin üretim şekline gore farklılık göstermesi mümkündür.

Bu yazı toplamda 0, bugün ise 0 kez görüntülenmiş