PolimerNedir.comPolimerler hakkında bilmek istediğiniz herşey burada

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.