Polimerlerin Tarihsel Gelişimi

Doğal polimerlerin endüstriye yönelik kullanımları çok eski tarihlere dayanmaktadır ve bu konuda doğal kauçuk- selüloz, nişasta en çok kullanılan doğal polimerlerdir.

Tarihsel gelişim içinde doğal polimerler yerlerini “modifiye edilmiş (doğal polimere, fiziksel özelliklerini değiştiren katkı, dolgu maddesi ve benzeri ilave edilmesi) doğal polimerlere” yani, “yarı sentetik polimerlere” bırakmışlardır. Bunun sebepleri; polimerik hammaddelerin işlenmesindeki sorunlar ile ürünlerin fiziksel ve mekaniksel özelliklerinin yetersiz olmasıdır.

1770 yılında işaretleri sildiği için silgi (rubber) denilen doğal kauçuk 1839 yılında Amerika’da Goodyear tarafından kükürt ile vulkanize edilerek kullanışlı hale getirilmiş, modifiye edilen doğal kauçuktan su geçirmez botlar, yağmurluklar, lastik gibi ürünler üretilmiştir.

1868 yılında Amerika’da polimerlerin ikinci büyük grubu olan plastiklerin ilk ürünü selüloid üretilmiştir. Burada doğal bir polimer olan pamuk selülozu, nitrik asitte ve kamfor ile etkileştirilerek yarı sentetik olan selüloide dönüştürmüştür.

1907 yılında Amerikalı bilim adamı Leo Hendrick Baekeland tarafından tamamen sentetik ilk Polimer olan fenol–formaldehit reçinelerinin üretimi gerçekleştirilmiştir. Bakalit adı ile bilinen bu polimerden ilk yıllarda telefon ahizeleri gibi plastik eşyalar üretilmiştir.

1924 yılında Hermann Staudinger’in öne sürdüğü “Makromolekül Hipotezi”; polimer teknolojisinin deneme-yanılma yaklaşımından kurtarılmasın sağlamış ve araştırmacıya Nobel Ödülü kazandırmıştır.

1930 yılında üretilen polistren ile sonraki yıllarda üretilen stiren-bütadien kopolimeri (SBR sentetik kauçuğu) ve sentetik kauçuk olan Neopren (Dupren) polimer teknolojisinin önemli ürünlerindendir.

1936 yılında, poliakrilonitril, stiren – akrilonitril kopolimeri ve polivinilasetat, 1937 yılında, poliüretan, 1938’de politetrafloroetilen (Teflon), 1939’da melamin–formaldehit (Formika) reçineleri, 1940’da silikonların hammaddesi olan silanlar, 1941’de polietilen ve polietilentereftalat, 1942’de de orlon ticari adıyla poliakrilonitril fiber üretimleri gerçekleştirilmiştir.

II. Dünya Savaşı sonrasındaki yıllarda yeni polimerlerin sentezi artarak devam etmiş, 1947’de epoksi reçineleri, 1948’de ABS (Akrilonitril – Butadien Stiren Terpolimeri) sentezlenmiştir.

1953 yılında sentezlenen polipropilen, araştırmacıları Ziegler ve Natta’ya Nobel Ödülü kazandırılmıştır.

Son 10 yılda başta polipropilen ve yüksek yoğunluklu polietilen olmak üzere termoplastiklerde önemli bir artış olmuştur.

Günümüzde en çok tüketilen “genel amaçlı

plastikler, alçak ve yüksek yoğunluklu polietilenler (AYPE ve YYPE), polipropilen (PP), polistiren (PS) ve polivinil klorür (PVC)’dir. Zaman zaman akrilonitil-stiren-bütadien terpolimeri (ABS) ve stiren-akrilonitril kopolimeri (SAN)’da bu gruba alınmaktadır.

Polimer ve Monomer

Polimerler, kimyasal ve fiziksel özellikleri açısından çoğu noktada küçük moleküllü maddelerden ayrılırlar. Bu nedenle, polimerlerde gözlenen farklı davranışlar, küçük moleküllü kimyasallar için zaman içerisinde geliştirilmiş ve kullanılagelmiş tanımlamalar ya da kavramlarla her zaman açıklanamaz.

Polimer kimyasının öncelikli bilinmesi gerekli temel tanım ve kavramları monomer ve polimer ‘dir

Monomer, birbirlerine kovalent bağlarla bağlanarak büyük moleküller oluşturabilen küçük mol kütleli kimyasal maddeler için kullanılan bir tanımlamadır. Yunancada mono tek, poli çok anlamındadır.

Polimer; poli = çok ve mer = kısım olmak üzere Latince iki kelimeden oluşmuştur. Polimer, çok sayıda monomerin kovalent bağlarla birbirine bağlanarak oluşturduğu iri molekülün adıdır.

Monomer molekülleri Polimer molekülü

Monomer; polimerik madde içinde tekrar eden en küçük moleküldür. Monomerin kimyasal ve fiziksel özellikleri elde edilen polimerin karakteristik özelliklerini belirler. İki monomerin kimyasal bağ ile birleşmesi sonucu oluşan moleküle dimer, üç tanesinin birleşmesi ile oluşana trimer, dört tanesinin birleşmesiyle oluşana tetramer denir. Bu birleşme 100’ün üzerinde gerçekleşirse oluşan maddeye polimer denir.

Çok sayıda aynı veya farklı monomerin bir kimyasal işlemle birbirleriyle birleşerek uzun zincirler (makromoleküller) oluşturmasına “polimerizasyon” denir. Bir polimer zincirinde onlarca, yüzlerce, binlerce monomerden gelen birim bulunabilir.

En basit sentetik polimer olan polietilenin, etilen monomerinden başlayarak polimerizasyonu aşağıdaki gibidir; Yukarıdaki şekilde görülen “n” polimerizasyon derecesi olup, bir polimer zincirindeki monomer sayısını ifade eder.

Polimerizasyon derecesi, n, 10.000 ve daha büyük değerlere çıkabilir. Molekül ağırlığı 500–600 civarında olan polimerlere “ oligomer” denir. Bir polimerin yeterli fiziksel özelliklere sahip olabilmesi için molekül ağırlığının 104’ün üzerinde olması gerekir. 106 ve daha büyük molekül ağırlıklı polimerlere “ yüksek polimer” denmektedir.

Polimerlerin Sınıflandırılması

Polimerlerin Kimyasal Yapılarına Göre Sınıflandırılması

Organik Polimerler İnorganik Polimerler

Kimyasal Yapılarına Göre Polimerler

Polimerin ana zincirini oluşturan atomların türü açısından polimerler organik ve inorganik olarak sınıflandırılır.

a) Organik Polimerler

Yapılarında karbon yanında genelde hidrojen atomu bulunmaktadır. Günlük hayatta kullanılan polimerlerin çoğunun ana zincirinin temel bileşeni karbon atomudur. Sentetik ve doğal polimerlerin çok büyük bir kısmı organik polimerlerden oluşmuştur.

Polietilen, poliesterler, poliamidler, polipropilen, doğal kauçuk, proteinler, selüloz v.b. gibi polimerleri organik polimerlere örnek olarak verebiliriz.

Polietilen polimerinden yapılan malzemeler

CH3 CH3

-[-CH-CH2-]n-CH –CH2-]-

Polipropilen bantların yapısında Polipropilen bulunur

-[-CH2-CH2-]- Polietilen

-[-CH2 –CH-]n-CH2-CH-]-

H3C- C H3C-C

CH2 CH2

Poliizopren Poliizopren (doğal kauçuk) polimeri

Yumurtada bulunan protein doğal organik polimerlerdir

b) İnorganik Polimerler

Polimerlerin birçoğunun ana zincirinin temel bileşeni karbon atomudur. Ancak bazı polimerlerde ana zincirde karbon atomu yerine silisyum, fosfor, sülfür gibi başka atomlar bulunabilir. Ana zincirinde karbon atomu bulunmayan (yan grup olabilir) polimerlere inorganik polimerler denir. İnorganik polimerler yapılarında organik kısımda içerebilir. Barofan ve silikon bu polimer tipine örnektir.

Silikon polimerler

Polimerlerin Bileşiklerin Kaynağına Göre Sınıflandırılması

Kaynağına göre polimerler

Doğal Kauçuk Proteinler Selüloz

Yarı sentetik Selüloz asetat Selüloz nitrat

SentetikPolietilen Polistiren Polivinilklorür Politetrafloroetilen

Doğal Polimerler

Doğada canlı varlıkların yapılarında oluşan polimerlerdir, dolayısı ile organik yapı gösterirler. Bu polimerleri çok çeşitli alanlarda kullanmaktayız.

Kauçuk: Eski uygarlıklardan beri çok kullanılan önemli doğal polimerlerden birisi olan ve kauçuk ağacından elde edilen doğal kauçuk Hevea brasilliensis ağacının bir ürünüdür. Kauçuk ağacı olarak bilinen bu ağacın kabukları bıçakla çizildiğinde Lâteks denilen bir sıvı akar.

(a)

(b)

(a) Hevea Brasilliensis ağacı (b)Doğal kauçuk kullanılarak yapılan araç lastikleri

Lâteks sıvısı kauçuğun sudaki emülsiyonudur. Elde edilen bu emülsiyona asit katılırsa doğal kauçuk çöker. Elde edilen bu çökeltinin kapalı formülü C5H8 olan bir hidrokarbon kompleksidir. Bu bileşiğin adı İzopren’dir. IUPAC’ a göre adı ise 2- metil-1,3- bütadien’dir.

Proteinler: Doğal polimerler olmaksızın doğadaki hayatın devamı düşünülemez. Çünkü hayatın kendisini oluşturan temel elemanlar bu moleküllerdir. Yün, saç, tırnak; protein yapısındaki doğal polimerlere örnek olarak verilebilir.

Canlılarda ayrıca polimerik yapıda olan karbonhidratlar, deoksiribonükleikasit (DNA), ribonükleikasit (RNA) bulunur. Canlıların hayatsal faaliyetlerinden sorumlu olan polimerlere biyopolimerler denir.

(a) (b) (c)

(a) Saç, (b) Kas, (c) DNA doğal polimerlerdir.

Selüloz: Bitki ve ağaçların temel yapısını oluşturan selüloz doğada en bol bulunan polimerlerdir. Pamuğun temel bileşeni de selülozdur.

Pamuk

Sentetik PolimerlerHer gün gelişen yeni polimer sentez yöntemleri

sayesinde elde edilmiş binlerce polimere yenileri ilave edilmektedir. Bazı uygulamalarla doğal polimerlerin kimyasal yapıları değiştirilerek yeni özelliklere sahip polimerler hazırlanır.

Ayrıca günümüzde kullanılan en önemli polimer kaynakları arasında da mutlaka petrolü saymalıyız. Dünyada işlenen petrolün %2 kadarı polimer sanayinde kullanılmaktadır. Birçok sentetik polimerin yapımında kaynak olarak petrol kullanılmaktadır. Bu polimerler monomerlerden başlayarak endüstride sentezlenir.

Küçük moleküllerden yola çıkılarak hazırlanan ilk sentetik polimer fenol ve formaldehitten sentezlenen bakalittir. Bakalit ticari bir ürün haline getirilerek vana parçaları, bıçak, alet sapları, düğme gibi kalıplanarak hazırlanan parçaların yapımında kullanılmıştır.

Bıçak, makas gibi aletlerin sapları sentetik polimer olan bakalittir.

Polietilen: Etilen gazının polimerizasyonuyla sentezlenen polietilen en fazla tüketilen ticari polimerdir. Etilen 1000- 3000 atm. basınç altında 250 0C ısıtıldığında yapısındaki pi bağları açılarak reaksiyon oluşur.

• Yoğunluğu fazla olan polietilen boru ve araba yakıt depolarının yapımında kullanılır.

• Düşük yoğunluklu polietilen yumuşak ve esnektir. Yiyecek paketleri, şişe vb. yapımında kullanılır.

Polistiren: Kırılgan, sert, şeffaf, pahalı olmayan kokusuz, işlenmesi kolay, ucuz bir polimerdir. Stirenin polimerizasyonu ile elde edilir.

• Plastik oyuncak yapımında, elektrikli ev aletlerinde, mobilya kaplamacılığında, plastik bardak ve tabaklarda, televizyon, buzdolabı gibi elektrikli aletlerin Taşınmasında kullanılan köpüklerin yapımında kullanılır.

Polivinilklorür: Etilendeki bir hidrojen atomunun, Cl atomu ile yer değiştirmesiyle vinil klorür oluşur. Vinil klorürün polimerleşmesiyle polivinilklorür oluşur. Polivinilklorür kısaca PVC dir.

PVC, kimyasal direnci iyi olan bir polimerdir. Asit bazlardan, yağlardan ve tuz çözeltilerinden etkilenmez. PVC her türlü su borularında, hortumlarda, elektrik kablolarında kullanılır.Ayrıca plastik perde, conta, yapışkan film, top, pencere kenarlığı yapımında da kullanılır.

Politetrafloroetilen (Teflon) : Etilendeki hidrojen atomlarının tamamının, Flor atomlarıyla yer değiştirmesi sonucu tetrafloroetilen oluşur. Tetrafloraetilen polimerleşerek politetrafloroetileni meydana getirir, diğer ismi teflondur. Teflonun yapışmama özelliği vardır. Bu özelliğinden yararlanarak tava ve tencereler yapılır. Mekanik dayanımının zayıf olması dezavantajıdır. Değerli bir polimerdir.

Politetrafloroetilen (Teflon) kullanılarak yapılmış olan tava ve teflon bant

Yarı Sentetik Polimerler

Doğal polimerlerin yapılarının değiştirilmesiyle elde edilen polimerlere yarı- sentetik polimerler denir. Örneğin; selülozun nitrolanmasıyla selüloid elde edilmiştir.

Üretildiği yıllarda bundan fotoğraf filmi ve bilardo topu gibi malzemeler yapılmıştır.

Teşekkürler…