|
PLASTİKLER
Plastikler, kimyasal yönden polimerler grubuna dahildirler. Küçük
molekül bireylerinin (monomerler)birbirine eklenmesi sonucu elde
edilen moleküler yapıdaki bireylerin (mer) sayısına bağlı olarak
gaz,sıvı ve katı halde bulunurlar.[sıvı halde bulunan
boyalar,vernikler,adezifler vb malzemeler de polimer sayılır.]
Plastik kelimesi isim olarak bir malzeme türünü belirtir,bir sırat
olarak kalıcı şekil değiştirebilen cisim anlamına gelir. Örneğin bakır
bir plastik malzemedir,plastik şekil değiştirdikten sonra
kırılır,fakat plastik değildir. Endüstride plastik denmesinin nedeni
üretimlerinin belirli bir aşamasında akıcı veya plastik kıvam almaları
ve basınçla bir kalıba enjekte edilerek şekil verilebilmeleridir.
Gerçekte plastikler hafif olup kolay şekillendirilir,az bir bilgi ile
en karışık geometrik şekiller kolaylıkla verilebilir. Bu nedenle de
çok geniş uygulama alanına sahiptirler.
Plastiklerin Moleküler Yapıları
Plastiklerin ana ilkel maddeleri hidrokarbonlardır. Doymamış
hidrokarbonlarda C atomları arasında iki veya daha fazla kovalan bağ
vardır. C atomlarının yanında genellikle H,bazılarında CI,F,O,N ve S
atomları bulunur. C atomları arasındaki çift kovalan bağdan biri
genellikle sıcaklık,basınç veya katalizör yardımı ile koparılarak
Şekil 1 (b) de görüldüğü gibi iki yan reaksiyon bağlarında birer
elektron vardır,dolayısıyla birer valanse enerji düzeyi boştur. Bu
durumda olan iki komşu etilen monomeri birer elektronlarını paylaşarak
aralarında kovalan bağ oluştururlar. Böylece çok sayıda etilen meri
birbirine eklenerek birer polietilen polimer zinciri meydana getirir.
Polimer zincirleri birbirleri ile ancak zayıf bağ kurabilirler.
Şekil 1 a) Etilen monomeri , b) İki reaksiyon bağlı etilen
monomeri, c) Etilen monomeri
Hidrokarbon zincirlerinin genel formülü CmH2m+2 şeklindedir.Zincirdeki
m sayısı arttıkça molekülün boyutu büyür,aralarındaki zayıf bağ sayısı
artar,önce gaz halinde iken sonra sıvıdaha sonra katı olur. Şekil 2
(a) da görüldüğü gibi m sayısı1-4 arasında gaz halinde iken 5-11
arasında sıvı,12-20 arasında yağ, 20-50 arasında mum, daha büyük ise
katı hale dönüşür. Molekül zincirinin boyu arttıkça yan bağların
sayısı artar,bunun sonucu mukavemet de doğal olarak yükselir.(Şekil1
b)
Şekil 2 (a) Polimerde m sayısı ile ergime sıcaklığının
değişimi, b) m sayısı ile mukavemetin değişimi
Polimerlerin Kristalleşmesi
Polimerler genellikle amorf yapıya sahiptirler,Uzun ve karmaşık yapılı
zincirlerin komşuları ile uyum sağlayıp düzenli yapı meydana
getirmeleri çok zordur. Bir lineer polimerin genel görünüşü pişmiş
makarnayı andırır,zincirler birbirleriyle dolaşmışmış halde bulunur.
Ancak basit yapılı ve simetrik polimerlerde polietilen izotaktik
propilen gibi bazı koşullarda yerel düzen oluşabilir. Amorf ana yapı
içinde oluşan küçük kristal yapılı bölgelere kristalitler denir.
kristalitlerin yoğunluğu amorf yapıya göre % 5-10 kadar daha büyüktür.
Örneğin endüstride kullanılan yüksek yoğunluklu polietilende % 90
oranında kristalleşme nedeni ile yoğunluk 0,96 gr/cm³ düşük yoğunluklu
amorf polietilende ise 0,92 gr/cm³ dür. Soğuma hızı yavaş olursa
kristalleşme olanağı artar. Kristalleşme dış kuvvet etkisinde de
oluşabilir. Gerilen molekül zincirleri paralel hale gelecek yer yer
uyum sağlayabilirler. Bu şekilde doğan kristaller kuvvet doğrultusuna
paralel olur-lar. Kristallerin büyüklüğü 50-100 A°civarındadır.
Molekül zincirleri ise bu boyuta göre çok daha uzundur. Bazıları
birkaç kristalit içinden geçerek Uzanırlar kristallik derecesi
arttıkça mekanik özellikleri ve yumuşama sıcaklığı yükselir. Kristalli
ve amorf yapılı polietilen mekanik özellikleri arasındaki şekil 3 te
açıkça görülmektedir.
Şekil-3 Kristalli ve amorfPE`nin Şekil-4 Metallerin
polimerlerin
gerilme-şekil değiştirme eğrileri gerilme-şekil değiştirme eğrileri
Metallerde gerilme-şekil değiştirme eğrileri akma başladıktan sonra
yatıklaşır. (şekil 4) Diğer taraktan lineer polimerlerde ise eğri
başlangıçta yatıktır .Sonra dikleşir. Molekül zincirleri gerilip
doğrulunca komşuları ile uyum sağlarlar. Yer yer kristalleşme oluşur
ve şekil değiştirme direnci artar. Özellikle bu davranış kauçukta çok
belirgindir. Çekme etkisinde kristalleşme nedeniyle kauçuğun hacmi
azalır,gerilme kalkınca tekrar ilk haleline döner. Diğer malzeme
türlerinde ise çekme etkisinde daima hacim artar.
a) Lineer Polimerler
Lineer polimerler “vinil” ve “bütadien” olmak üzere iki ana gruba
ayrılırlar. Vinil türü mono-merde çift bağlı iki C atomu ile bunların
ikişer yan atomu vardır. Bu yan atomlardan ilk üçü H, Diğer dördüncüsü
H den başka türde olabilir. Bu dördüncü yan atom H ise etilen,CI ise
vinilklorür,CH3 grubu ise propilen ve benzer halkası ise stiren
monomeri elde edilir. Eğer vinil tür monomerin ilk iki yan atomu H,
diğer iki yan atomu değişik türde atom ise viniliden monomeri oluşur.
Bu son iki yan atom CI ise viniliden klorür olur. Bu grupta dört yan
atomda F olursa tetrafloretilen polimeri elde edilir. Reaksiyona giren
ana monomerin başına “poli” kelimesi eklenerek polimerin adı elde
edilir. Örneğin tetrafloretilen monomeri polimerize edilirse
politetrafloretilene dönüşür, buna da endüstride “teflon” denir.
Lineer polimerlerde molekül zinciri boyunca ayın tür mer varsa
“homopolimer” veya kısaca polimer denir. Bunlarda zincir boyunca bağ
boyları ve bağ açıları aynıdır ve atımlar simetrik
dizilmiştir,dolayısıyla komşu zincirler arasında uyum sağlayarak
kristalli yapı oluşturma eğilimi artar. Bazı polimerlerde ise birden
fazla tür mer bulunur ve bunlara “kopolimer” denir. Kopolimerde
değişik oranda ve değişik türde merler farklı biçimde dizilerek çok
değişik özellikte yapı oluştururlar. Merler zincir boyunca ardaşık
düzenli veya rasgele dizilebilir veya aynı tür mer içeren bir zincire
başka tür zincir dal biçiminde eklenmiş olabilir.Kopolimerler düzensiz
yapılıdır, atomsal dolgu faktörü daha düşüktür, daha kolay şekil
değiştirirler ve toklukları yüksektir.
Örneğin vinil klorürle viniliden klorür (PVC) kopolimerini
oluştururlar. ABS kopolimeri akrilonitril-bütadien-stiren merlerini
içerir, bu kopolimeri mukavemeti ve elastisite modülü yüksek olduğu
gibi tokluğuda yüksektir,çarpmaya iyi dayanır.
Tablo.1 Bazı termoplastiklerin bileşimi
b) Uzayağı Polimerleri
Uzayağı polimerlerinde moleküller arasında üç boyutlu uzayda sürekli
kovalan bağ vardır. Bu bağlar bazılarında yüksek basınç ve sıcaklık
etkisinde ,bazıları ise oda sıcaklığında kimyasal reaksiyon sonucu
oluşur. Bunlarda genellikle sıvı halde bulunan monomer kütlesi veya
reçine ile bir sertleştirici katkı ile karıştırıldıktan sonra
polimerisazyon olayı süresince molekül bireyleri arasında çapraz
bağlar meydana gelir. Polimerizasyon bittikten sonra amorf ve rijit
bir kütleye dönüşür. Bundan sonra sıcaklık artsa dahi yumuşama
oluşmaz. Aşırı sıcaklık kovalan bağların kopmasına, dolayısıyla
malzemenin tahrip olmasına neden olur. Uzayağı polimerleri olan
termosetler tekrar kullanılamazlar.
Monomerlerde ikiden fazla doymamış karbon-karbon bağı varsa üç veya
dört adet komşu moleküler bağ kurularak sürekli bir kovalan bağ ağı
oluştururlar. Bu türe örnek en sık rastlanan ve ilk defa sentetik
yolla üretilen polimer fenol-formaldehittir.
Gerçekte fenolün benzer halkasından üç adet reaksiyon bağı elde
edilebilir. İki reaksiyon bağlı formaldehit ile üç reaksiyon bağlı
fenol monomerleri üç boyutlu uzayağı türü formaldehit polimeri meydana
getirirler. Bu polimere endüstride bakalit denir. Bakalit sürekli
kovalan bağa sahip bir termosettir,bu nedenle sert ve gevrek bir
cisimdir.
Termoset plastikler termoplastiklere göre daha yüksek mukavemetli,daha
“rijit” (elastisite modülü yüksek),boyutları daha kararlı sünmesi daha
düşük ve kullanılma sıcaklıkları daha yüksektir. Bununla beraber daha
pahalı ve uygulamaları daha güçtür.
Dış Etkilere ve asitlere daha dayanıklı olduklarından koruyucu kaplama
ve dekorasyon amacı için kullanılmaya elverişlidirler.Tablo.2 de bazı
termoset plastiklerin özellikleri verilmiştir. Gerçekte arı kütle
halindeki termoset plastiklerin mukavemeti diğer malzemelere göre
düşük olmakla beraber lifler vb. malzemelerle (cam,boron,karbon,mika,sellüiloz,lifleri
gibi) pekiştirilerek komposit malzemelere dönüştürülürler ve
mukavemetleri birkaç kat arttırılabilir. Örneğin poliyesterin
mukavemeti 42-95 MPa arasında iken cam lifleri ile pekiştirilince
200-345 MPa kadar yükseltilebilir. Ayrıca hafif olduklarından özgül
mukavemet (mukavemet/özgül ağırlık) yönünden metallerden çok daha
üstündürler. Bu nedenle uçak ve uzay endüstrisinde,oto,deniz
tekneleri,spor malzemeleri ve yapı elemanları üretiminde çok yaygın
olarak kullanılırlar.
Tablo.2 Bazı termoset plastiklerin özellikleri
|
