GENEL TİCARİ (COMMODITY) PLASTİKLER VE MÜHENDİSLİK PLASTİKLERİ
POLİMERLER
Plastikler, polimerlerden elde edilen ürünlerdir. Polimer, tekrarlanan birimlerden meydana gelen, basamaklı veya zincir reaksiyonuyla elde edilen, doğrusal ve/veya dallanmış uzun zincirlerdir. Tekrar birimleri tek bir tür olabileceği gibi iki veya daha fazla farklı türlerde de olabilir (homopolimer ve kopolimer). İhtiyaca göre, iki veya daha fazla polimerin karıştırılmasıyla kristalin, yarı-kristalin ve amorf özelliklerde çeşitli polimerler üretilebilir; bunlar, poliester, poliamid, stirenik v.s. gibi moleküler yapılarda olabilir. Üretim aşamalarında kazandırılan tüm fiziksel veya yapısal özellikler polimerin işlenebilirlik ve mekanik özelliklerini belirleyen en önemli etkenlerdir. Bu kavramlar, aşağıda kısaca açıklanmıştır.
Homopolimer ve Kopolimer
Polimerler yapısal olarak kabaca homopolimerler ve kopolimerler olarak sınıflan-dırılır. Homopolimer tek bir tür monomerle (a), kopolimer iki veya daha fazla türde monomerle (A, B gibi) üretilen polimerler olarak tanımlanır. Kopolimerler de tekrar birimlerinin polimer zincirindeki düzenlenmesine göre, aşağıdaki şemada görül-düğü gibi değişik adlar alırlar.
Reaksiyon Mekanizması
Polimerler, elde edildikleri reaksiyonların mekanizmalarına göre iki ana gruba ayrılır; basamaklı reaksiyon polimerleri, zincir reaksiyonu polimerleri.
Naylonlar, asetaller ve poliesterler gibi bazı polimerler basamaklı reaksiyon polimerizasyonuyla üretilir; aynı veya farklı tipteki monomerler (genellikle bifonksiyonel gruplu) birleşerek polimer zincirleri oluşurken reaksiyonun her aşa-masında küçük bir molekül (su, NH3, CH3OH, HCl, CO2, v.s.) ayrılır. Bu reaksiyon-lar genellikle kondensasyon reaksiyonu üzerinden yürür. Oluşan moleküllerin uzunluğu, aktif zincir uçlarının sayısına bağlıdır; bu uçlar, ortamdaki monomer, dimer, oligomer, v.s., gibi diğer moleküllerdeki aktif uçlarla reaksiyona girerek zincirin büyümesini sağlar.
Polietilen, polistiren, akrilik ve polivinilklorür gibi bazı polimerler zincir reaksiyonu polimerizasyonuyla elde edilir; reaksiyon aktif bir başlatıcının monomerdeki çift bağa etki ederek monomeri aktif hale geçirmesiyle başlar. Oluşan aktif grup diğer bir monomerle birleşerek yeni ve daha büyük bir aktif merkeze dönüşür ve peşpeşe devam eden monomer katılmalarıyla uzun zincirler oluşur. Reaksiyonlar aktif merkezlerin sonlanmasıyla sona erer.
Genellikle, basamaklı reaksiyon polimerizasyonu kondensasyon reaksiyonu üze-rinden, zincir reaksiyonu polimerizasyonu ise katılma reaksiyonu üzerinden yürür. Ancak basamaklı reaksiyon olup katılma yoluyla, zincir reaksiyonu olup kondensasyon yoluyla ilerleyen reaksiyonlar da vardır. Örneğin, alkollerin diizosiyanatlara ‘katılarak’ poliüretanları oluşturması basamaklı polimerizasyon reaksiyon mekanizması üzerinden yürür.
Hetero bileşiklerin halka açılması reaksiyonu CO2 ayrılmasıyla (kondensasyon) oluşan bir zincir reaksiyonudur.
Zincir Şekli
Polimerizasyonda kullanılan monomerlere ve reaksiyon koşullarına göre polimer zincirleri farklı şekiller alırlar; doğrusal zincirler, dallanmış zincirler ve çapraz bağlı zincirler gibi.
Morfoloji
Doğrusal yapılı polimer zincirleri eğilip bükülerek katlanmaya ve sıkışık bir düzen içine girmeye eğilimlidir; bu tür yapılarda ‘kristalin’ düzende (sıkı ve düzenlenmiş, veya paketlenmiş) bölgeler meydana gelir. Kristalinite seviyesi %0-90 arasında değişebilir. Düzgün paketlerin fazlalığı yüksek kristaliniteyi gösterir; bu tür ürünle-re bazan ‘kristal’ polimer denir. %100 kristal yapılı polimer yoktur. Yarı kristalin polimerler opak veya yarı şeffaftır, büzülme özelliği yüksektir, kimyasal maddelere ve aşınmaya dayanıklıdır; polietilen, polipropilen, asetaller, naylonlar ve termoset poliesterlerin çoğu bu grupta yer alabilen polimerler arasındadır.
Tipik yarı kristalin polimerler arasında Polietilenler (LDPE, HDPE, v.s.), polipropilen, asetal, polibütilen tereftalat, poliamidler, polimetilpenten, polifenilen sülfür, polietereterketon sayılabilir.
Uzun dallanmalar veya fonksiyonel gruplar içeren polimer zincirleri serttir, hacimli yan gruplar eğilip bükülmeye veya katlanarak yeterli derecelerde sıkı bir düzene girmeye olanak vermez. Bu tür maddeler ‘amorf’ polimerler olarak tanımlanır. Amorf polimerlerin düzgün bir iç yapıları yoktur (spagettiye benzer), moleküler düzenlenme rastgeledir, dolaşık ip veya sarım şeklindedir; büzülme özelliği zayıf-tır, kimyasal maddelere ve aşınmaya dayanıklılıkları orta derecelerdedir.
Tipik amorf polimerlere örnek olarak polistiren, polimetilmetakrilat, akrilonitril bütadien-stiren, stiren akrilonitril, polikarbonat, polivinilklorür, polisülfon, polieter sülfon, polieterimid gösterilebilir.
Moleküler Yapı
Polimerlerin yapısını, atomlar ve bunlar arasındaki bağların konumunu gösteren polimerik zincirlerin düzeni tanımlar. Polimerik zincirler, genellikle fonksiyonel gruplar olan çok sayıdaki ‘tekrar birimleri’nden oluşur. Her tür polimerin elde edil-diği monomer veya monomerlere bağlı özel tekrar birimleri vardır ve polimer bu tekrar birimlerine göre adlandırılır (n, tekrar birimlerinin sayısını gösterir.)
Bazı polimerler elde edildikleri monomerlere göre adlandırılır; örneğin, etilen monomerinden elde edilen polimer polietilen, kaprolaktam monomerinden polikaprolaktam adlarıyla tanımlanır.
Bazı özel polimerler polimer terminolojisine göre adlandırılamaz; bunların adları oldukça karmaşıktır.Aşağıda bu tip polimerlere iki örnek verilmiştir.
Fiziksel Özellikler
İşlenebilirlik Özellikleri
Bir polimerin, örneğin kalıplanırken veya film çekilirken gösterdiği davranışlar onun işlenebilirliğini tanımlar; işlenebilirliği iyi bir polimerin özellikleri proses bo-yunca kararlıdır ve proses hızı yüksektir. Termoplastikler kolaylıkla ergir ve kalıp-lanır; bunlar doğrusal veya dallanmış zincir yapılı olan polimerlerdir. Termosetler ise ısıtıldıklarında ergimezler, parçalanırlar; bunlar genellikle çapraz bağlıdırlar ve herhangi bir solventte çözünmezler. Kalıplanamayacağından, bir termoset mal-zeme üretilmesi polimerizasyon reaksiyonunun istenilen şekildeki kalıbın içinde yapılmasını gerektirir. İlave şekillendirmeler çeşitli makinelerle yapılır.
Mekanik Özellikler
Kauçuklar veya elastomerler, gerdirilip serbest bırakıldığında ilk haline dönen polimerlerdir; bunlar genellikle çapraz bağlı malzemelerdir. Diğer katı polimerler, kullanım alanlarına göre plastikler, yapıştırıcılar veya fiberler olarak tanımlanır.
Polimerlerin fiziksel performansları, genellikle gerilme-gevşeme (stress-strain) özelliklerini tanımlayan ‘tensile testi’ ile saptanır. Test, özel şekilde hazırlanmış bir polimer örneğinin kontrollü bir hızla kopuncaya kadar gerdirilmesine dayanır. Gerdirme süresince ve kopmadaki kuvvet, örneğin uzaması (l) ve eğrinin altındaki alandan enerji miktarı hesaplanır.
Tolga KARANFİL