PolimerNedir.comPolimerler hakkında bilmek istediğiniz herşey burada

Asit ve amin guruplarından oluşan yinelenen birimlerin, yani monomerlerin, birbirlerine amit bağları* ile bağlanmasıyla oluşan polimerler poliamit sınıfına girerler. Poliamitlerin yinelenen birimlerindeki karakteristik amit grupları (bağları) Şekil 1′de gösterilmiştir. Protein, yün ve ipek gibi doğada bulunan poliamitler olduğu gibi, laboratuvarda üretilen naylon ve aramid gibi sentetik poliamitler de vardır. Naylon ismiyle bilinen sentetik poliamitler, mühendislik polimerleri içinde birçok farklı uygulamada kullanılan polimerlerdir: Halı ve giyim gibi tekstil endüstrisinde, müzik aletlerinin tellerinde, ve iplik endüstrisinde kullanımı yaygındır. Çoğunlukla elyaf olarak üretilen poliamitlerin en karakteristik özellikleri; yıpranmaya ve aşınmaya karşı dirençli olmaları, yüksek sıcaklıklarda bile iyi mekanik özelliklere sahip olmaları, düşük gaz geçirgenliğine sahip olmaları ve kimyasallara karşı dirençli olmalarıdır.

Şekil 1

Yukarıda belirttiğimiz gibi poliamitler farklı kullanım alanlarına giren termoplastik polimerler olmalarına rağmen, en sık kullanıldığı alan elyaf endüstrisidir. Üretilen naylonların %60′dan fazlası elyaf olarak piyasaya girer. 1935 yılında DuPont tarafından bulunan naylon, ilk olarak diş fırçalarındaki fırça kılı olarak kullanılmıştır. Ticari çıkışını ise 1940′larda bayan çorabı olarak kullanılmasıyla yapmıştır ve ipeksi bir his verdiği için ipeğin yerine kullanılmaya başlanmıştır. II. Dünya Savaşı ile birlikte bulunması zorlaşan ipek ve benzeri malzemeler, polimer bilimini ve endüstrisini tetiklemiş ve bu endüstrinin hızlı bir yükseliş görmesini sağlamıştır. İpek kıtlığı yaşanmasıyla beraber paraşütlerde, askeri amaçlı iplerde ve lastiklerde naylon kullanılmıştır. Naylonun polimer endüstrisinde tarihi açısından önemli bir yere sahip olmasının nedeni ticari olarak başarıya ulaşan ilk sentetik polimer olmasıdır.

Elyaf olarak kullanımının yanı sıra, katı haldeki naylon mekanik parça üretiminde de kullanılan bir polimerdir. Mekanik aksamlar içinde çark ve vida gibi düşük ve orta derecede kuvvetlere maruz kalan parçalarda metallerin yerini almıştır. Mühendislik saflığında (Engineering Grade) üretilen naylon ekstrüzyon, dökme kalıplama ve enjeksiyon kalıplama yöntemleriyle proses edilir. Bazı uygulamalarda cam parçacıklar ya da elyaflarla güçlendirilen naylon kompozitler, daha yüksek yapısal mukavemet, darbe dayanımı ve sertlik sunarlar. %25 oranında cam elyafla güçlendirilen naylon kompozitler yüksek ısı direnci sayesinde otomotiv endüstrisinde, emme manifoldu gibi motor yarı elemanları olarak kullanılır.

Poliamit sınıfına giren diğer bir naylon türü ise aramid ticari polimeridir. Aramidlerin naylon6 gibi naylonlardan farkı, zincir omurgasında bulunan aromatik gruplardır. Balistik uygulamalarında kullanılan aramid elyaflar istisnai mukavemet gösteren polimerlerdir. Piyasada Kevlar ve Nomex adıyla bilinen aramid elyafları, yinelenen birimlerinde bulunan aromatik grupları sayesinde, mükemmel ısı ve yangın dayanımı gösterirler; ve bozunma sıcaklıklarının bile üzerinde olan çok yüksek erime noktaları (>500°C) vardır. Ayrıca amidler yüksek mukavemet ve Young modülüne sahiptir. Naylon6, Naylon6,6 ve Aramid poliamitlerinin kimyasal yapıları Şekil 2′de gösterilmiştir.

Şekil 2

Poliamitler yoğunlaşma polimerizasyonu mekanizması ile sentezlenmelerine rağmen, polikarbonat gibi poliesterlerin sentezinden farklı bir rota izlerler. En basit fark, poliamit sentezinde, poliesterlerde olduğu gibi güçlü bir asit kullanılmaz, çünkü reaksiyon hızı kendiliğinden yüksek bir hıza sahiptir. Birçok reaksiyon mekanizması ile poliamit elde etmek mümkün olsa bile, en sık kullanılan sentez metodu diasitlerin diamin ile direk amidasyonudur. Mesela Naylon6,6 poliamidi, hekzametilen diamin ile adipik asidin reaksiyonu sonucu elde edilir. Laktamların halka açılma polimerizasyon mekanizması da poliamit sentezi için kullanılan bir kimyasal yöntemdir. Naylon 6 örneği için halka açılma polimerizasyonu sayfamızı inceleyebilirsiniz.

Poliamitlerin zincir omurgasının düzenli ve simetrik yapısı kolayca kristalleşmelerini sağlar. Naylon6,6 polimeri orta derecede kristalliğe sahiptir. Amorf halde bulunan zincirler de olduğu için poliamitler yarı-kristal polimerlerdir. Normal üretimi sonucu %50′ye yakın kristal yapı elde edilirken, mekanik çekme ile yönlendirme uygulaması altında elde edilen elyaflarda ise (polimer zincirleri belirli bir düzene zorlandığı ve yönlendirildiği için) kristal yapı oranı artar. Naylon6,6 mukavemet, esneklik, tokluk, aşınma direnci, renklendirilebilme, düşük sürtünme katsayısı (kendi-kendini-kayganlaştırma), düşük sünme, ve çözücülere karşı iyi direnç gibi istenilen özellikler gösteren bir polimerdir. En büyük dezavantajı ise neme karşı direncinin düşük olması ve nemli ortamlarda boyutsal ve mekanik özelliklerinin bozulmasıdır.

Poliamitlerin sahip olduğu mekanik dayanımının en önemli kaynağı zincirler arası oluşan etkileşimlerdir. Şekil 3′te gösterdiğimiz gibi bir zincirdeki oksijen atomu ile diğer bir zincirdeki hidrojen atomunun arasında gerçekleşen etkileşim hidrojen bağı olarak bilinir ve tek başına kovalent bağlarla karşılaştırınca zayıf gibi gözüken hidrojen bağları zincirler arası binlerce hidrojen bağı etkileşimleriyle toplamda güçlü bir ikincil kuvvet teşkil eder. Hidrojen bağı etkileşimleri, polimer zincirlerinin kristalleşmesine yardımcı olur ve özellikle poliamitlerin yüksek kristal yapıya ve dolayısıyla yüksek mekanik dayanıma sahip olmasını sağlar. Hidrojen ve oksijen atomları arasında paylaşılan elektronlar Şekil 3′te verildiği gibi poliamit zincirlerinin birbiri üzerine katlanmasına ve düzenli kristal yapının oluşmasına sebep olur. Ancak poliamitlerde bulunan hidrojen bağları nemli ortamlarda bozulur ve zincirler arası etkileşim kaybolmaya başlar. Su molekülleri de poliamit zincirleri gibi polar (kutuplu) yapıya sahiptir. Poliamit zincirlerinin arasına giren su molekülleri zincirler arasındaki etkileşimi bozmaya başlar, ve zincirlerin hareketliliğini (mobilite) arttırır. Su molekülleri etkileşimi bozsa bile poliamit su içinde çözünemez; ancak su, poliamitleri plastikleştirerek şişirir ve yumuşatır. Bu yüzden de poliamitler nemli ortamlarda mekanik ve boyutsal bozunmaya uğrarlar.

Şekil 3

Poliamitlerin sürekli kullanımı için önerilen sürekli servis (kullanım) sıcaklığı, saf poliamitler için 65-75°C aralığında; cam ve diğer minerallerle güçlendirilmiş poliamit kompozitler için ise 100-115°C aralığındadır. Ancak 150°C sıcaklığa kadar mekanik özelliklerini korur. Her ne kadar en çok kullanılan poliamit olan naylon6 ve naylon6,6 benzer özelliklere sahip olsalar da; naylon6 daha düşük erime noktasına sahiptir (223°C). Naylon6,6′nın erime sıcaklığı ise 255°C civarındadır. Naylon6 ve Naylon6,6 polimerlerinin temel fiziksel özelliklerinin karşılaştırması için sayfanın sonunu inceleyebilirsiniz.

Naylon6 ve Naylon6,6′ya ek olarak, Naylon6,9; Naylon6,10; Naylon6,12; Naylon11; Naylon12; Naylon12,12 ve Naylon4,6 gibi poliamitler de üretilir. Naylon6 ya da Naylon6,6′dan daha fazla metilen grubuna sahip naylonların daha yüksek nem dayanımı, boyutsal kararlılığı, daha iyi elektrik özellikleri vardır. Ancak yüksek metilen grubu içeren naylonların kristalliği ve mekanik özellikleri daha düşüktür.

Poliamitler genellikle tamamen yalıtkan malzemelerdir. Ancak yüksek voltaj ve frekansta çoğunlukla statik elektrik üretirler ve üretilen statik elektrik tehlikeli kıvılcımların oluşmasına sebep olabilir. Bu sebeple kullanımları düşük frekans uygulamaları ile kısıtlıdır.Fakat, poliamitlerin elektrik altındaki hassasiyetini gidermek için karbon siyahı ya da gümüş gibi iletken parçacıklar eklenebilir.

Ek Bilgiler:

* Sentetik poliamitleri oluşturan kimyasal bağlara “amit bağları” denir. Doğal poliamit polimerlerini oluşturan aynı bağlara ise peptid bağı ismi verilmektedir. Her iki bağ da kimyasal olarak aynı bağ olmasına rağmen, ve bağlanmanın sonunda her iki durumda da amit grubu oluşmasına rağmen farklı terimlerin kullanımı görülmektedir.