Genel

Polimerler: Hayatın Her Alanında Kullanılan Moleküller

Bir polimer, (adı “birçok parça” anlamına gelir), monomer denilen birçok tekrar eden birimi oluşturan uzun zincirli moleküllerdir. Polimerler doğal (organik) veya sentetik olabilir. Kozmetik, şampuan ve diğer saç bakım ürünleri, kontakt lensler, doğa (yengeç kabuğu, kehribar), gıda (protein, nişasta, jelatin, sakız, gluten), plastik (şişeler, oyuncaklar, vinil kaplamalar, ambalajlar) kumaş, top, ayakkabı ve DNA’nızda bile! yer almaktadır. 19.yy’da keşfi yapılan Polimer doğal yollardan kendi kendine oluşurken aynı zamanda insan eliyle de üretimi yapılmaktadır
Polimer, (İngilizce: Polymer) kelime anlamı olarak “birçok parça” diye düşünebiliriz. Monomerlerin sıralı dizilimleri ile oluşan zincirleme reaksiyona girerek kendi kendini dahi meydana getirebilen bir maddedir. Hayatın her alanında karşımıza çıkmaktadır ve polimer maddesi bir anda ortadan kalkarsa yaşamsal fonksiyonlar durma noktasına gelebilir. Polimer saç bakım malzemeleri, gıda ürünleri, plastik malzemelerde bulunmaktadır. Aklınıza gelebilecek olan neredeyse her ürünün içerisinde mutlaka polimer vardır.

Polimer Çeşitleri
Gelişmiş özellikler ve düşük yoğunluk sebebi ile Polimerler metallerin yerini alma eğiliminde olmuştur. Geçen 20. yüzyıl Plastik çağı olmuştur.

Termoplastik,termoset ve elastomerler olmak üzere 3 temel polimer sınıfı vardır. Bu sınıflar arasındaki ayrım iyi uygulanan ısı altında davranışları ile tanımlanır.
Termoplastik polimerler, amorf veya kristal halde olabilir. Nispeten sünek bir şekilde davranıyorlar, ancak çoğu kez düşük mukavemete sahiptirler.
Isıyla sertleşen polimerler her zaman amorfdur ve genellikle güçlüdür ve serttir ancak genellikle kırılgandırlar.
Elastomerler her zaman şekilsizdir ve Tg’nin üstünde kullanılırlar. Şekline kalıcı hasar vermeden son derece büyük miktarlarda elastik olarak deforme olma özelliğine sahiptirler.

1. Termoplastikler

Amorf veya kristal yapı formlarını alabilir. Termoplastiklerde uzun zincirli moleküller doğrusal bağlanma biçiminde bulunurlar, ancak ikincil Van Der Waals kuvvetleri (ikincil bağlar) ile birbirlerine bağlanırlar. Yeterince yüksek ısıda, moleküler zincirlerin uyarılması, bu bağlanma kuvvetinin üstesinden gelmek için yeterlidir. Birbiri üzerinde hareket ederek viskoz bir sıvı oluşturur. İkincil bağların eridiği öngörülebilir. Cam geçiş (Tg) sıcaklığı, sekonder bağların erime sıcaklığı olarak öngörülebilir. Polimer soğutulduğunda ikincil kuvvetler bir kez daha hakim olur ve molekül zincirleri kısıtlı bir duruma döner. Bu, termoplastiklerin kolayca geri dönüştürülebilmeleri için eritilerek tekrar eritilebileceği anlamına gelir.

2. Termosetler

Plastiklerde uzun zincirli moleküller, çapraz bağ ile amorf bir ağ içerisinde bulunur. Bu, uzun molekül zincirlerinin kovalent bağlarla birbirine bağlandığı anlamına gelir. Bu çapraz bağların oluşumu kür olarak bilinir. Çapraz bağlama, moleküler zincirleri yerlerine yerleştirir ve bu nedenle, bir termoset plastik yeniden eritilemez, bunun yerine Tg’nin üstündeki bir sıcaklığa ısıtıldığında parçalanır. Çapraz bağlama, moleküler düzenlemeyi düzenlenmiş bir kristal yapıyla inhibe eder, yani, termoset polimerleri sadece amorf haldedir.

3. Elastomerler

Bunlarda uzun molekül zincirleri zaman zaman çapraz bağlanarak amorf doğrusal bağlanma şeklindedir. Oda sıcaklığında, zincirlerin uyarma seviyesi ikincil Van Der Waals bağlarını aşmıştır, ancak yapıda bulunan çapraz bağlar deformasyonun ardından elastomerin orijinal haline geri döndürülmesini sağlar.

Polimerler nasıl elde edilir?

Polimerler monomerlerin kimyasal reaksiyonu ile elde edilir. Doğada bu işlem doğal polimerlerin oluşumuyla sonuçlanırken, sentetik polimerler ise insan tarafından yapılmaktadır. Polimerler, en başından beri (örneğin selüloz, nişasta ve doğal kauçuk) çevremizde doğal olarak bulunmaktadır. İnsan yapımı polimerik malzemeler on dokuzuncu yüzyılın ortalarından beri incelenmekle birlikte günümüzde polimer endüstrisi hızla gelişmiştir. Öyle ki; bakır, çelik, alüminyum ve diğer bazı endüstrilerden daha büyük bir yere sahiptir.

Polimerlerin kullanım alanları nelerdir?

Hem doğal hem de sentetik polimerler, insan hayatının rahatlığı ve kolaylaştırılmasında dikkate değer bir şekilde yer alır ve bilişim teknolojileri, ilaç, beslenme, iletişim, ulaşım, sulama, konteyner, giyim, kayıt tarihi, binalar, otoyollar vb. alanlarda direkt olarak yaşamın kendisinden sorumludur. Sentetik ve doğal polimerler olmadan insan toplumunun hayali zordur.

Polimer kullanım alanlarının incelenmesi

1. Giyeceklerimiz: Yaşamımızın her alanında kullandığımız eşyalarımız, giydiğimiz elbiselerimiz, ayakkabılarımızın tümü polimer bir malzemeden yapılmış olduğunu hiç düşünmemiş olabiliriz. Örneğin, yürüyüş botlarının pek çoğunun altı poliüretandan yapılmış olmakla birlikte bir kısmında ise PVC’ye rastlanabilinir. Ayrıca yukarıda bahsettiğimiz gibi günlük hayatta giydiğimiz elbiselerinde pek çoğu yün pamuklu (Selüloz) doğal polimerik maddelerden veya sunni yollarla elde edilmiş poliakrilonitril gibi ürünler kullanılmaktadır.

2. Ambalaj koruma ve bazı ürünler:Paketlemede kullanılan malzemelerin çoğu polimerik malzemelerden hazırlanır. Bu malzemelerin bazıları naylon olduğu gibi bazıları polipropilenden, polyesterden veya polietilenden yapılmıştır. Mesela, çocuk pedlerinde su sızdırmaz polietilen veya doğal kauçuk kullanılır. Saç spreylerinde ise ; polivinilprolidondan yararlanılır.

3. Ev yapı malzemeleri: PVC borular evlerdeki su tesisatının en önemli elemanlarıdır. Evlerimizde bulunan elektrik tesisatındaki bakır teller dışındaki hemen her şey polimerik malzemelerden yapılmıştır.

4. Taşımacılık: Modern bir otomobilde; lastikler, lastik fiberleri döşemeler ve boya hariç yaklaşık 150 kg polimer madde kullanılır. Ayrıca polimer malzemelerin hafif ve dayanıklı olması nedeniyle de uçaklarda da yakıttan tasarruf amaçlı metal kullanımının azaltarak polimer kullanımının arttığını gözlemlemekteyiz.

Polimer Fiziksel Özellikleri ve Türleri

İkincil bağ kuvvetleri moleküllerin katı veya sıvı fazlar şeklinde birarada tutulmasını sağlar. Uçuculuk, viskozite, yüzey gerilimi, sürtünme özellikleri, karıştırma ve çözünme gibi çoğu fiziksel özellikler moleküller arası kuvvetlere bağlıdır. Kuvvetli polar grupları olan bir molekülün komşuları üzerindeki çekim kuvveti yüksektir.
Bu durum kaynama ve erime noktalarının da yükselmesine neden olur. Moleküller arası kuvvetler küçük, bağ enerjileri düşükse ve moleküllerde esnek zincirler bulunuyor ise, polimer elastomer özelliği gösterir. Elastomerler, oda sıcaklığında kuvvet uygulandığında uzama gösteren ve yine oda sıcaklığında uygulanan kuvvet kalktığında eski haline dönebilen malzemeler olarak tarif edilebilirler (Paket lastiği gibi).
Moleküller arası kuvvetler büyük ve bağ enerjileri yüksek ise ve kalabalık yan gruplar da varsa, sert zincirler bulunduğu halde tipik plastik özelliği görülmektedir. Bağ enerjisinin çok yüksek olması, gerilmeye karşı direnç göstermesine, çok kuvvetli olmasına ve özellikle fiberlerin iyi mekanik özellikler göstermesine olanak sağlar.

Polimerlerin Moleküler Düzeni

Polimerler katı, sıvı veya çözelti halinde bulunabilirler. Bu durumlardaki yapı farklılıkları; ısıl, mekanik ve fiziksel özellikleri ile ilgilidir. Polimerlerin bu yapıdaki kimyasal formülü ve morfolojisi de önemlidir. Morfoloji; polimerin katı halinde bulunan kristal veya amorf bölgelerin varlığı, büyüklüğü, yerleşme düzeni gibi özelliklerini kapsamaktadır.

Katı haldeki bir polimerde üç temel düzen vardır;

  • Amorf yapı

  • Kristalin yapı

  • Yönlenmiş yapı

  • Amorf Yapı

Organik kimya hayal gücünüzü kattığınız zaman daha kalıcı başarılara ulaşacağınız bir bilim dalıdır. Bu modülde verilen örneklere benzer örnekleri sizler de çoğaltabilirsiniz. Amorf bir polimerin içine baktığımızı düşünürsek, bir tabak spagettiye veya canlı bir solucan ya da yılan yığınına benzetebiliriz. Polimeri oluşturan zincirler sürekli olarak gelişi güzel dönme ve bükülme hareketleri yaparlar.

Kristalin Yapı

Ticari polimerlerin büyük bir kısmı amorf yapıda olmasına karşın diğer kısmında polimer zincirleri düzgün kristal yapılarına benzer düzenli bir hal almıştır. Polimerler katı halde iken, genellikle yüzde yüz kristalin yapı yerine amorf ve kristalin karışımı bir yapı gösterir. Kısaca kristalin polimerlerde belli bir kristallik yüzdesi vardır. Kristalin polimerlerde kristalin birimlerinin yapı içinde dağıldığı düşünülür.
Yarı kristalin polimer yapısını açıklayan iki modelden biri olan Saçaklı Misel, 1930’lu yıllarda geliştirilmiştir. Bu modele göre, katı polimerde kristal ve amorf bölgeler iki ayrı faz oluşturmaktadır. Polimer zincirleri birçok kristal ve amorf bölgeden geçer. Saçakların olduğu kısımlarda zincirler iç içe geçmiş durumda ve karmaşık bir konformasyondadır. Bu bölgeler amorf olup, polimere dışarıdan bir kuvvet uygulandığında ilk önce bu bölgeler uzama gösterir.

Yönlenme(Oryantasyon)

Yönlenme polimerik fiber, film ve köpüklerde gözlenir. Eğer erimiş bir polimer soğutulursa, gelişigüzel yönlenmede amorf veya kristalin katı yapısı oluşur. Katılaşma sırasında polimerik malzeme çekilirse, çekme yönünde polimer zincirleri yönlenir. Yönlenmenin oluşabilmesi için yapı içinde zincirlerin belli bir hareketliliğe sahip olmaları gerekir. Bu nedenle yönlenme amorf bölgeler üzerinden olur. Kristalin yapısı içerisinde yeteri kadar amorf bölge yoksa yönlenme gerçekleşmez.

Hayatın İçerisinde Polimer

Yediğimiz içtiğimiz pek çok ürünün içerisinde kendiliğinden oluşmuş olan veya insanların üreterek ekledikleri polimer maddeleri bulunur. Örneğin nişasta, un, ekmek gibi pek çok ürünün içerisinde polimer maddesine rastlanabilir. Buna ek olarak giydiğimiz pek çok ayakkabının içerisinde de polimer bulunmaktadır. Ambalaj ürünlerinde, PVC kaplama borularda yüksek miktarda polimer vardır. İnsan vücudunun kendi kendine ürettiği ve belli miktarlarda bünyesinde sakladığı polimerlerde bulunmaktadır.

Polimerler Yok Olsaydı?

Eğer bir anda hayat içerisinde bulunan polimerler yok olsaydı insanlık çok sürmeden ortadan kaybolabilirdi. Öncelikle yediğimiz gıdaların evrim geçirmesi, ürettiğimiz ürünlerin çökmesi sebebiyle hayat durur ve sonrasında yaşamsal fonksiyonlar kaybolarak dünya sessizliğe gömülürdü. Bundan dolayı dünya polimer endüstrisi pek çok makine ve mühendislik endüstirisinden çok daha önemli olarak görülmektedir. Gelişmiş ülkelerde üretimine önem verilirken gelişmemiş veya gelişmekte olan ülkelerde önemi oldukça az olarak görülmektedir.

 

 

 

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.