dersİn kodu – adi-akts-kredİ kİm 432 kauçuk kimyası-...
TRANSCRIPT
DERSİN KODU – ADI-AKTS-KREDİ
KİM 432 -Kauçuk Kimyası- 4-3
DERSİN PLANI VE İÇERİĞİ
Hafta
1
2
Giriş : Polimer Kimyasındaki Temel Kavramlar, Polimerlerin sınıflandırılması
ve genel özellikleri
3 Kauçuğun Tarihçesi; Kauçuk Kavramı ve Plastiklerden ayrılan özellikleri
4
5
Kauçuk Yapısı ve Özellikleri, Kauçukların Sınıflandırılması
6
7
Sentetik Kauçuklar; Sanayide kullanılan sentetik kauçukların ayrıntılı
yapılarının ve özelliklerinin incelenmesi
8
9
Kauçuklara Katılan Katkı Maddeleri; Kauçuk Üretim Yöntemleri
10
11
Kauçuklara Uygulanan Testler ve Test Yöntemlerinin İncelenmesi
12 Kauçuk Ürünler ve Kullanım Alanları,
13
14
Geri Kazanım Yöntemleri ve Kauçuk Ürünlerin Geri Kazanımı
KİM 432 –KAUÇUK KİMYASI- 4-3
Hafta
1
2
Giriş : Polimer kimyasındaki temel kavramlar, Polimerlerin sınıflandırılması
ve genel özellikleri
POLİMERLER
Polimer, küçük moleküllerin kovalent bağlarla bağlanmasıyla oluşan yüksek mol kütleli
moleküllerdir. Plastikler, polimer zincirinin kimyasal yapısı ve fiziksel özelliklerine göre çok
çeşitli özellikler gösterebilen büyük bir polimer grubunu kapsar. Plastiklerin mekanik
davranışları elastomerler ile elyaflar arasında yer almakla birlikte aynı termoplastik grubunda
yer alıp da sert ve yumuşak plastik olarak ayrılan plastiklerin mekanik davranışları da doğal
olarak birbirinden oldukça farklıdır.
Polimerlerin Genel Sınıflandırılması
Termoplastik
Termosetting
Elastomer,
Elastomerler
Elastomerler (kauçuklar), üzerlerine uygulanan yük etkisi ile yüksek oranda uzayabilen ve
vurma dayanımları iyi olan polimer sınıfırdır. Bu sınıf içinde yer alan kauçuklar, kalıcı
deformasyona uğramadan boylarının 5-10 katına kadar uzayabilen polimerlerdir.
termoplastikler ile kauçuklar Young modülü açısından karşılaştırıldığında termoplastikler
kauçuklardan yaklaşık 1000 kat büyüktür.
KİM 432 –KAUÇUK KİMYASI- 4-3
Hafta
3 Kauçuğun tarihçesi; Kauçuk kavramı ve plastiklerden ayrılan özellikleri
Kauçuğun Tarihçesi
Kauçuk hakkında Avrupa’ya ilk bilgileri Kristof Kolomb’un getirdiği tahmin edilmektedir.
Kolomb, Amerika kıtasına yaptığı ikinci seyahatinde Haiti adasındaki yerlilerin “ağaç
sakızı”dan yapılmış bir topla oyun oynadıklarını ve giysiler yaptıkları bilgisini aktarmıştır.
Amerika Yerlileri kauçuk ağacına, “ağlayan ağaç” anlamında cahucho diyorlardı. Güney ve
Orta Amerika’da Maya uygarlığından kalan kalıntılarda en az 900 yıllık ham kauçuk topakları
bulunmuştur. Kauçuk ağacını ilk tanıtan 1730’da Fresneau olmuştur. 1736’da La Condamine,
Güney Amerika’dan Paris’e kauçuk örnekleri göndermiştir. 1803 de Paris de ilk kauçuk
faprikası kurulmuştur. 1839 da ise Charles Goodyear vulkanizasyonu keşfetmiştir. John Boyd
Dunlop tarafından ilk havalı bisiklet lastiği de 1888 yılında üretilmiştir. 1909 da Almanya da
Bayer laboratubarlarında F. Holman tarafından da ilk sentetik kauçuk üretilerek dünyada ilk
patenti alınmıştır.
Kauçuk
Kauçuk, doğal halinde çapraz bağlı olmayan ancak çapraz bağlanabilme özelliğine sahip
polimerlerdir. Esnek, gerildiğinde boyunun birkaç katı kadar uzatılabilen ya da
sıkıştırıldığında biçimi değiştirilebilen ve üzerindeki kuvvet kaldırıldığı zaman tekrar
başlangıçtaki biçim ve boyutlarını alabilen polimerlerdir. Yüksek sıcaklık uygulandığında
deforme edici kuvvetlerin etkisi altında koyu kıvamsı akış özelliği gösterebilirler. Böylece
uygun şartlar altında şekillendirilebilirler. Kauçuklar, vulkanizasyon veya çapraz bağlanma
öncesi plastik özellik gösterirken sonrasında elastik özellik gösterir.
Kauçuğun Plastiklerden Ayrılması
Plastik ve elastomerler en kolay mekanik özelliklerinin incelenmesi ile birbirinden ayırt
edilebilirler. Bu amaçla uygulanabilecek en basit yöntem polimer örneklerinin kopma
noktasına kadar uzamalarını takip etmektir.
KİM 432 –KAUÇUK KİMYASI- 4-3
Hafta
4
5
Kauçuk yapısı ve özellikleri, Kauçukların sınıflandırılması
Doğal kauçuk Hevea Brasiliensis isimli kauçuk ağacının özsütü olan lateksinden elde edilen
maddedir. Ağacın kabuğu hafifçe yarılınca akan bu sütsü madde akarken hemen donduğu
halde yumuşaklığını kaybetmez ve buradan elde edilen polimer poli(cis-1,4-izopren)
polimeridir [cis-poliizopren veya poli(cis-izopren) de denir]. Poliizoprenin cis- izomeri;
yumuşak, amorf yapıdadır.
C
CH3
CH CH2CH2
poliizopren
n
[poli(1,4-izopren)]
Lateks, polimer taneciklerinin su içinde dağılmış halidir. Lateks protein, nişasta, alkaloid,
şeker, yağ, sakız, tanin, reçine gibi birçok maddenin karışımdan oluşan karmaşık bir sıvıdır.
Lateksin yaklaşık % 35 i doğal kauçuktur.
%100 doğal doğal kauçuk ürünler de mikroorganizmalar yaşayamaz, sürekli bir havalandırma
sağladığından terletme yapmaz. Doğal kauçuktan yapılan ürünlerin kullanımı sırasında hiçbir
ses çıkarmadığından rahatsızlık vermez, ömrü çok uzundur.
Vulkanizasyon
Doğal kauçuk, kauçuk ağacından elde edildiği haliyle mekanik özellikleri yetersiz, yapışkan
ve çözünebilen bir polimer olduğu için vulkanizasyon ile kauçuğun kimyasal yapısında çapraz
bağlanmalar oluşturularak geri dönüşümsüz olarak elastik özelliklere sahip duruma getirilmesi
işlemine vulkanizasyon denir.
KİM 432 –KAUÇUK KİMYASI- 4-3
Hafta
6
7
Sentetik Kauçuklar; Sanayide kullanılan sentetik kauçukların ayrıntılı
yapılarının ve özelliklerinin incelenmesi
Sentetik Kauçuklar
Zaman içerisinde kimyasal yapıları farklı çok sayıda sentetik elastomer geliştirilerek ticari
üretimi yapılmaktadır. Bazı önemli ticari elastomerler aşağıdaki gibidir
Akrilat-bütadien kauçuğu (ABR)
İzopren kauçuğu (IR) (poliizopren)
Bütil kauçuk (IIR) (izobütilen-izopren kopolimeri)
Etilen-propilen kauçuğu (EPM)
Stiren-bütadien kauçuğu (SBR)
Stirenik blok kopolimer (SBS)
KİM 432 –KAUÇUK KİMYASI- 4-3
Hafta
8
9
Kauçuklara katılan katkı maddeleri; Kauçuk üretim yöntemleri
Kauçuklara Katılan Katkı Maddeleri
Vulkanizasyon maddeleri, koruyucu maddeler, dolgu maddeleri, yumuşatıcılar ve proses
kolaylaştırıcılar
Bir kauçuk ürününün formül reçetesinde
kükürt,
aktive ediciler
yağ asidi,
hızlandırıcı,
dolgu maddeleri,
yumuşatıcı
anti-oksidan
şeklinde gruplandırmasını yaptığımız maddeler yer almaktadır.
kükürt
Normal kükürt (S8) ve plastik kükürt (Sp) şeklinde bulunan kükürt kauçuk işlenmesinde
vulanizasyon amacıyla kullanılmaktadır.
Aktive ediciler
Aktive ediciler, hızlandırıcıların etkisini artıran maddelerdir. Çinko oksit ilk aktive edici
olarak kullanılan kimyasaldır. Hızlandırıcı-aktive edici çifti, vulkanizasyon zamanını
kısaltırken, vulkanizasyon sıcaklığını düşürür. Aşağıda bazı aktive ediciler verilmiştir.
çinko oksit (ZnO)
mağnezyum oksit (MgO)
yağ asitleri (stearik asit, oleik asit vb, kauçuk içerisinde ZnO dağılımını da
iyileştirirler)
Hızlandırıcılar
Vulkanizasyon işleminde çinko oksit ile birlikte vulkanizasyonu hızlandırıcı etki yapan
kimyasllardır. Bu amaçla başlangıçta kullanılan ilk kullanılan anilindir. Anilin sağlığa
zararlı etkileri nedeniyle zaman içinde terk edilmiş, yerine merkaptobenzotiyoazol (MBT)
hızlandırıcısı kullanılmıştır. Diğer organik hızlandırıcılar arasında,
hekzametilen tetramin (HMTA)
difenil guanidin (DPG)
trifenil guanidin (TPG)
merkaptobenzotiyoazol (MBT)
ditiyokarbamatlar (SDC)
kimyasalları sayılabilir.
Dolgu maddeleri
Karbon siyahı kauçuklarda en yaygın ve en fazla kullanılan dolgu maddesidir. Yüzey alanı
büyük olduğu için tanecikli karbon siyahları takviye açısından en uygunudur, Aktif dolgu
maddesi görevi yaparak kauçuğun mekanik özelliklerini geliştirir Karbon siyahı ayrıca;
renklendirme (siyah), UV-ışınlarından koruma ve iletkenliği artırmak amacıyla kauçuklar
dışında diğer polimerlerde de katkı maddesi olarak kullanılan bir malzemedir.
Ayrıca, kauçuklarda maliyeti düşürmek amacıyla alüminyum silikatlar, kalsiyum karbonat,
silika, baryum sülfat vb dolgu maddeleri de kullanılmaktadır.
Kauçuk Üretim Yöntemleri
Kauçuk ürün üretim prosesi, üretilecek ürün türüne bağlı olarak değişmektedir. Her ürün için
spesifik bir üretim şekli olmasına rağmen, proses temeli ortak işlemlerden oluşmaktadır.
Konsantrasyon metodu,
Koagülasyon,
Karıştırma,
Ekstrüzyon,
Kalenderleme
Kalıplama
KİM 432 –KAUÇUK KİMYASI- 4-3
Hafta
10
11
Kauçuklara uygulanan testler ve test yöntemlerinin incelenmesi
Reolojik Kontrol
Doğal kauçuklar veya sentetik kauçuklar, karbon siyahı, proses yağları, pişiriciler,
hızlandırıcılar, yavaşlatıcılar gibi katkı malzemelerinin karıştırılması ile lastik hamuru olarak
hazırlandıktan sonra rheometre denilen cihazlarda lastiğin pişme eğrisi takip edilerek bir çok
özelliği kontrol edilebilir.
KİM 432 –KAUÇUK KİMYASI- 4-3
Hafta
13
14
Geri kazanım yöntemleri, Kauçuk ürünlerin geri kazanımı
Kauçuk üretim prosesinde açığa çıkan başlıca çevresel etkiler, kaçak emisyonlar, katı
atıklar ve tehlikeli atıklardır. Dünyada kauçuk ürünlerden en çok kullanılanı ve atık olarak
geri döneni araba lastikleridir. Kauçuk ürünlerin oluşumunda, karışıma pek çok kimyasal
madde girişi ve pek çok atık da ortaya çıkmaktadır. Öncelikle çözüücü salınımı, kauçuk
sanayiinin önemli bir atığını oluşturmaktadır. Genel olarak, aseton, toluen, metil etil keton,
1.1.1 triklor etan ve diklorometanı içeren çözücülerin salınımı olmaktadır.
Kauçuk tüketiminin artması ile fiyatların da artışı geri dönüşüm teknolojilerine olan
ilgiyi artırmıştır.
Kauçuğun geri kazanımı
Kullanılmış lastikler depolama sahasında depolandığı zaman çeşitli problemler yaratır. Geri
kazanımla, bu çevresel etkiler giderilir. Depolama sahasında bulunan lastikler çeşitli çevresel
ve toplum sağlığı ile ilgili problemler oluşturur. Depolama sahasında bertaraf edildiğinde,
zehirli gazlar oluşturur. Bu gazlar belirli bir basınç altında patlarlar.
Lastik atıklar diğer atıklardan ayrı olarak depolandığı zaman, tehlikeler daha belirgin hale
gelir. Bütün lastikler arasında yangın başlamasına neden olabilecek yeterli oksijen bulunur.
Yangın olduğunda, lastik yığınları aylarca sürebilecek yanmaya, toksik yağların toprağa ve
oradan da yer altı suyuna geçmesine neden olur. Ayrıca, lastik yığınları sivrisinek ve
kemirgenler için ideal bir yetişme ortamı sağlar.
Eski kauçukların değerlendirilmesi ile enerji tasarrufu ve yağ, kauçuk, çelik, tekstil gibi
hammaddelerin korunmasının yanı sıra bertarafı esnasında oluşan çeşitli problemler de
önlenir.
Fiziksel Yöntemlerle Geri Kazanım
Mikrodalga tekniği
Ultrasonik yöntem
Kriyojenik öğütme