Polimer Malzemeler Polimer Malzemeler - 3 1 POLİMER MALZEMELER 2008-2009 BAHAR YARIYILI Polimerlerin Sınıflandırılması 02.03.20082 Polimerlerin Sınıflandırılması : POLİMER Termoplastik Termoset Elastomer Polimerleri sınıflandırabilecek pek çok yol vardır. Bunlardan bir tanesi ısıya ve /veya çözücülere gösterdikleri davranışa göre ayırmaktır :3 Polimerlerin Sınıflandırılması (devamı) : Polimerler zincirlerinden oluşan bir kütleye ısı şeklinde enerji verildiğinde ; Polimer zincirlerinin hareketliliğinde artışlar meydana gelir. Başlangıçta polimer zincirlerinin küçük parçacıklarında oluşan bu hareketlilik, ısı arttıkça giderek büyük parçalara yayılır ve tümünü kapsar. Bu konumda polimer zincirleri birbiri üzerinden kaymaya başlar ve katı polimer ergiyerek akar.4 Polimerlerin Sınıflandırılması (devamı) : Termoplastikler ; Termoplastik, Latince “ısı ile şekillendirilebilen” anlamına gelir. Katı madde tekrar ısıtılıp ergitilebilir ve soğutulup katılaştırılabilir. Tamamen tersinir olan bu dönüşüm tekrarlanabilir. Çok yaygın kullanılan polimerler termoplastiklerdir. Termoplastikler uygun çözücülerde çözünebilir ve böylece “çözücü döküm” gibi yöntemlerle şekillendirilebilirler.5 Polimerlerin Sınıflandırılması (devamı) : Termosetler ; Isı ile farklı davranış gösteren gruptur. Termosetler ısı ile bir kez şekil verildikten sonra tekrar ısıtıldıklarında bozunurlar. Ayrıca bu malzemeler çözünmezler. Üretildikten sonra tekrar proses edilemezler. Katı hale getrildikten sonra tekrar ısıtıldıklarında, yumuşamaz, ergimezler, katı hallerini korurlar. Ancak, polimer sistemini oluşturan polimer zincirindeki bağlar ısıtılmaya karşı bir sınır değere kadar direnebilirler. Belli yüksek sıcaklık değerlerine ulaşıldığında bağlar kopabilir ve termoset malzeme bozunarak, tersimez şekilde tepki verir.6 Polimerlerin Sınıflandırılması (devamı) : Termosetler(devamı) ; Termoset malzemeler, klasik yöntemle (ısıtıp soğutularak) şekillendirilemezler. Bunlar, şekillendirilecekleri kalıpta tepkimeye sokulup elde edilirler. Elastomerler(veya Lastikler) : Isı ve çözücülere karşı, termoplastik ve termoset arasında bir davranışa sahiptir. Ancak daha önemlisi bu malzemeler, şeklinde kalıcı bir değişiklik olmadan elastik olarak çok büyük miktarda şekil değiştirme yeteneğine sahiptirler.7 Örnekler – I) Termoplastikler : Vinil moleküller : Genel Formül Tekrarlayan Birim, “mer” = R R= hidrojen,halojen veya hidrokarbon (alifatik/ aromatik) R8 Örnekler – I) Termoplastikler (devamı): Vinil Moleküller ; 1) R=H Polimer mer Monomer Polietilen (PE) - Etilen C 2 H 4 H H = H n9 Örnekler – I) Termoplastikler (devamı): Vinil Moleküller ; 1) R=H > Polietilen (PE) Dünyada her yıl 60 milyon tondan fazla üretilmektedir. İlk kez 1898’de Alman kimyager Hans von Pechmann tarafından sentezlenmiştir. AYPE ( =0.91-0.925 g/cm 3 ) ve YYPE ( =0.941-0.965 g/cm 3 ) önemli türlerindendir. Kullanım yerleri : mutfak eşyaları, oyuncaklar, elektrik kabloları, borular, alışveriş poşetleri, filmler, ambalaj malzemeleri, şişe, vb.10 CH 3 Örnekler – I) Termoplastikler (devamı): Vinil Moleküller ; 2) R=CH 3 Polimer mer Monomer Polipropilen (PP) - Propilen C 3 H 6 n CH 3 = CH 311 Örnekler – I) Termoplastikler (devamı): Vinil Moleküller ; 2) R=CH 3 > Polipropilen(PP) Kullanım yerleri : gıda ambalajı, laboratuvar araç gereçleri, bazı otomotiv parçaları, oyuncak, şişe, masa, sandalye, vb.12 Örnekler – I) Termoplastikler (devamı): Vinil Moleküller ; 3) R=Cl Polimer mer Monomer Polivinilklorür (PVC) - Vinil klorür C 2 H 3 Cl Cl = Cl Cl n13 Örnekler – I) Termoplastikler (devamı): Vinil Moleküller ; 3) R=Cl > Polivinilklorür(PVC) İlk kez 1835’te Fransız kimyager Henri Victor Regnault tarafından sentezlenmiştir. Kullanım yerleri : müzik plakları, su boruları, kablo izolasyonları, yer kaplamaları, kredi kartları, pencere pervazı, bahçe hortumu, cephe kaplamaları(siding), vb.14 Örnekler – I) Termoplastikler (devamı): Vinil Moleküller ; 4) R=C 6 H 5 Polimer mer Monomer Polistiren (PS) - Vinil benzenin CH 2 =CH(C 6 H 5 ) n =15 Örnekler – I) Termoplastikler (devamı): Vinil Moleküller ; 4) R=C 6 H 5 > Polistiren(PS) İlk kez 1839’de Almanya’da eczacı Eduard Simon tarafından sentezlenmiştir. Kullanım yerleri : köpük ambalaj malzemeleri, tabak, tepsi, buzdolabı iç aksamı, oyuncak, gıda ambalajı, radyo ve benzer cihazların düğmeleri, vb.16 O C CH 3 O Örnekler – I) Termoplastikler (devamı): Vinil Moleküller ; 5) R=OCOCH 3 Polimer mer Monomer Polivinilasetat (PVA) - Vinil asetat CH 2 =CH OCOCH 3 n = O-C=O CH 3 O-C=O CH 317 Örnekler – I) Termoplastikler (devamı): Vinil Moleküller ; 5) R=OCOCH 3 > Polivinil asetat (PVA) İlk kez 1912’de Alman kimyager Dr.Fritz Klatte tarafından sentezlenmiştir. Kauçuğumsu özellikleri olan sentetik bir polimerdir. Kullanım yerleri : ağaç ve kağıt tutkalı(yapıştırıcı), sakız, yüzey kaplamaları vb.18 Örnekler – I) Termoplastikler (devamı): Vinil Moleküller ; 6) R=CN Polimer mer Monomer Poliakrilonitril (PAN) - Akrilonitril CH 2 =CHCN CN n = C N C N19 Örnekler – I) Termoplastikler (devamı): Vinil Moleküller ; 6) R=CN > Poliakrilonitril (PAN) Reçine, elyaf ya da kauçuğumsu özellikleri olan bir polimerdir. Karbon fiber eldesinde kullanılır. Orlon ® ticari adı ile bilinen akrilik fiberler , Akrilon ® ticari adı ile bilinen yapıştırıcılarda bulunur.20 Örnekler – I) Termoplastikler : Vinilden moleküller : Genel Formül Tekrarlayan Birim, “mer” R R´ = R´ R R, R´= hidrojen,halojen veya hidrokarbon (alifatik/ aromatik)21 Örnekler – I) Termoplastikler (devamı): Vinilden Moleküller ; 1) R=CH 3 , R´=COOCH 3 Polimer mer Monomer Polimetilmetakrilat (PMMA) - Metilmetakrilat CH 3 CH 2 =C COOCH 3 = CH 3 C-O-CH 3 O CH 3 C-O-CH 3 O CH 3 C O OCH 3 n22 Örnekler – I) Termoplastikler (devamı): Vinilden Moleküller ; 1) R=CH 3 , R´=COOCH 3 > Polimetilmetakrilat(PMMA) Saydam bir plastiktir (akrilik cam). 1928’de değişik laboratuvarlar tarafından sentezlenmiş ve 1933’de Rohm & Haas Co. tarafından ilk kez ticari olarak üretilmiştir. Görünür ışığı camdan daha fazla geçirir (%93’e kadar). Camın aksine UV ışığı da geçirir, bu nedenle bazen PMMA tabakalar üzerine UV soğuran bir kaplama uygulanır. Darbe dayanımı camdan yüksektir, parçalanıp dağılmaz. Camdan daha yumuşak olduğu için kolay çizilir. Plexiglas ® , Perspex ® , Plazcryl ® , Acrylite ® , Acrylplast ® , Altuglas ® , R-Cast ® ve Lucite ® gibi ticari isimleri vardır.23 Örnekler – I) Termoplastikler (devamı): Vinilden Moleküller ; 1) R=CH 3 , R´=COOCH 3 > Polimetilmetakrilat(devamı) Kullanım yerleri : saydam paneller, göz için kontakt lensler, banyo/mutfak eşyaları, modern mobilyalarda, otomobil farlarında, akvaryum camı olarak, motosiklet başlıklarında vizör olarak, vb. Perspex ® , Salvador Dali gibi bazı ressamlar tarafından üzerine resim yapmakta kullanılmıştır. PMMA, Hilton Maldives Resort & Spa.’nın Ithaa sualtı restoranında çerçeve olarak kullanılmıştır. Deniz seviyesinin 5 m altında bulunan bu 14 kişi kapasiteli restoran, müşterilere 270 o ’lik panoramik bir görüntü sunar. Şubat 2004’de yapımına başlanmış, Nisan 2005’de kullanıma girmiştir.24 Ithaa sualtı restoranında PMMA kullanımı25 Örnekler – I) Termoplastikler (devamı): Vinilden Moleküller ; 2) R=Cl , R´=Cl Polimer mer Monomer Polivinildenklorür (PVDC) - Vinilden klorür Cl CH 2 =C Cl = Cl Cl Cl Cl Cl Cl n26 Örnekler – I) Termoplastikler (devamı): Vinilden Moleküller ; 2) R=Cl , R´=Cl > Polivinildenklorür(PVDC) 1933’de Dow Chemical’da laboratuvar teknisyeni Ralph Wiley tarafından bir tesadüf sonucu bulunmuştur. Dow Chemical mühendisleri bu polimeri ince film haline getirmişler ve önce “Eonite” sonra “Saran” adını vermişlerdir. 1953’de Saran Wrap ® ticari adı ile gıda ambalajı olarak üretilmiştir. Ancak günümüzde klorla ilgili çevre sorunları nedeni ile Saran Wrap ® formülü AYPE (LDPE)’e çevrilmiştir.27 Örnekler – I) Termoplastikler (devamı): Poliamid’ler ; 1) Naylon 6,6 (Polihegzametilenadipamid) Polimer mer Monomerler H H Hegzametilen diamin OH OH Adipik asit n28 Örnekler – I) Termoplastikler (devamı): Poliamid’ler ; 1) Naylon 6,6 Poliamidler kondenzasyon reaksiyonu ile iki monomerin birleşmesi sonucu oluşur. Polimerin yanı sıra, su, amonyak ya da hidrojen klorür gibi küçük bir molekül de oluşur. Poliamidler içinde Naylon 6, Naylon 6,6 , Naylon 6,10 önemlidir.29 Örnekler – I) Termoplastikler (devamı): Floro plastikler ; 1) Politetrafloroetilen(PTFE) Polimer mer Monomer Politetrafloroetilen (PTFE) - Tetrafloroetilen CF 2 =CF 2 = F F F F F F F F F F F F n30 Örnekler – I) Termoplastikler (devamı): Floro Plastikler ; 1) Politetrafloroetilen(PTFE) 1938’de DuPont’da Dr.Roy Plunkett tarafından bulunmuş ve 1941’de DuPont tarafından patentlenmiştir. 1944’de Teflon ® ticari adını almıştır. Sürtünme katsayısı çok düşüktür. Kullanım yerleri :Yapışmayı önlemek üzere kızartma tavalarında kaplama olarak, zırh delici mermilerde kaplama olarak, elektrik kablolarında yalıtım için, vb.31 Örnekler – I) Termoplastikler (devamı): Floro plastikler ; 2) Poliklorotrifloroetilen Polimer mer Monomer Poliklorotrifloroetilen - Klorotrifloroetilen CF 2 =CFCl = F F Cl F F F Cl F F F Cl F n32 Örnekler – I) Termoplastikler (devamı): Polyesterler ; 1) Polietilenterefitalat(PET) Polimer mer Monomerler Etilen glikol Terefitalik asit HO OH H H n33 Örnekler – I) Termoplastikler (devamı): Polyesterler ; 1) Polietilenterefitalat(PET) Polyesterler kondenzasyon reaksiyonu ile bir asit ve bir alkolün birleşmesi sonucu oluşur. Polimerin yanı sıra, su gibi küçük bir molekül de oluşur. Dünyada üretilen PET’in %60’ından fazlası sentetik elyaf imalatında , %30’u ise gıda/içecek için ambalaj imalatında kullanılır. PET film olarak ; Arnite ® , Impet ® ,Rynite ® ,Ertalyte ® , Melinex ® , Hostaphan ® ve Mylar ® ticari adlarını almıştır. Elyaf olarak ise Dacron ® , Terylene ® , Trevira ® ticari adları vardır. Kullanım yerleri : Sentetik elyaf, alkolsüz içecekler için şişe, filmler, kaplamalar, fotoğraf filmi, vb.34 Örnekler – I) Termoplastikler (devamı): Polyesterler ; 1) Polietilenterefitalat(devamı) PET şişe Dacron ® ‘dan yapılmış yelken35 Örnekler – I) Termoplastikler (devamı): Diğer termoplastikler ; 1) Poliformaldehit veya Poliasetal Polimer mer Monomer Poliformaldehit veya Poliasetal - H 2 C=O Formaldehit H H n36 Örnekler – I) Termoplastikler (devamı): Diğer termopalstikler ; 1) Poliformaldehit(Poliasetal) Sert, rijit, yüksek derecede kristallenebilen bir termoplastik polimerdir. Asetal reçine olarak da bilinir. Delrin ® , Kepital ® gibi ticari adları vardır. Kullanım yerleri : makina elemanı olarak (dişli çark, yatak malzemesi) kullanılır.37 Örnekler – II) Termosetler : 1) Fenol formaldehit Kondenzasyon Reaksiyonu Monomerler Fenol Formaldehit H OH H O38 Örnekler – II) Termosetler(devamı): 1) Fenol formaldehit (devamı) Polimer39 Örnekler – II) Termosetler(devamı): 1) Fenol formaldehit (devamı) Fenol ve formaldehit arasındaki kondenzasyon reaksiyonu ile ortaya çıkar. Ayrıca küçük bir molekül, su, oluşur. İlk kez Amerikalı kimyager Leo Baekeland tarafından sentezlenmiş ve 1909’da patenti alınmıştır. Bakeliet ® ticari adı ile bilinir. Kullanım yerleri : çeşitli mutfak eşyalarının (sahan, tava, çaydanlık vb.) kulplarında, çeşitli mutfak aletlerinin düğmelerinde, elektrikli ev aletlerinin bazı parçalarında, vb.40 Örnekler – II) Termosetler(devamı) : 2) Üre formaldehit Monomerler Üre Formaldehit O H 2 N NH 241 Örnekler – II) Termosetler(devamı) : 2) Üre formaldehit (devamı) Kondenzasyon Reaksiyonu polimerizasyon H42 Örnekler – II) Termosetler(devamı) : 2) Üre formaldehit (devamı) Polimer43 Örnekler – II) Termosetler(devamı): 2) Üre formaldehit (devamı) Üre ve formaldehit arasındaki kondenzasyon reaksiyonu ile ortaya çıkar. Ayrıca küçük bir molekül, su, oluşur. Sentezi ile ilgili ilk patent 1920’de Hans John tarafından alınmıştır. Kullanım yerleri : telefon ahizelerinde, fiş, priz, klozet kapakları, kutular, vb.44 Örnekler – II) Termosetler(devamı) : 3) Melamin formaldehit Monomerler Melamin(C 3 H 6 N 6 ) Formaldehit O45 Örnekler – II) Termosetler(devamı) : 3) Melamin formaldehit (devamı) Kondenzasyon Reaksiyonu ve Polimer ile su çıkışı46 Örnekler – II) Termosetler(devamı): 3) Melamin formaldehit (devamı) Melamin ve formaldehit arasındaki kondenzasyon reaksiyonu ile ortaya çıkar. Ayrıca küçük bir molekül, su, oluşur. 1930-1940 yılları arasında American Cyanamid, Ciba ve Henkel gibi şirketler tarafından geliştirilmiştir. Formica ® ticari adı bilinen kaplama malzemesidir. Kullanım yerleri : masa ve tezgah kaplamaları, tabak, çatal, bıçak, kaşık, elektrik parçaları, klozet kapakları, tava sapları, çeşitli aletlerin düğmeleri,vb.