Polimer nedir-Polimer Maddelerin Ozellikleri

polimerler nedir,polimer medde ozellikleri,polimerler hakkında bilgi


Polimer nedir
Polimer ,monomer denilen gorece kucuk molekullerin birbirlerine tekrarlar halinde eklenmesiyle oluşan cok uzun zincirli molekullerdir Aynı monomerlerin oluşturduğu polimerlere homopolimer, en az iki farklı tip monomerden oluşan polimere ise kopolimer denir Bir kimyasal tepkimede polimer oluşumuna, polimerleşme denir

2 monomer dimer,
3 monomer trimer,
4 momomer tetramer,
5 momomer pentamer,
2030 monomer oligomer,
n monomer polimer, (n sayısı cok yuksek rakamları ifade eder)


Polimerler duşuk uretim maliyetleri, kolay şekil almaları ve amaca uygun uretilebilmeleri nedeniyle her alanda yaygınlaşmıştır PVC(Poli Vinil klorur), Teflon (politetrafloroetilen (PTFE)) hayatımıza giren polimer orneklerindendir Fiziksel ozelliklerine gore Polimerler 3 farklı gruba ayrılırlar;

* Termoplastikler
* Termosetler
* Elastomerler

Termoplastikler de kristal ve amorf termoplastikler olmak uzere kendi icinde ikiye ayrılırlar

Polimer Maddelerin Ozellikleri
1 Kucuk molekullu maddeler genellikle gaz veya sıvı haldedirler, polimerler ise buyuk molekullu olduğu icin katı ve genellikle serttirler
2 Kucuk molekullu bileşikler genellikle cozuculerde kolay cozunurler Polimerler ise hem zor cozunurler, hem de cozunme şekilleri kucuk molekullu bileşiklerden tamamen farklıdır Oyle ki, cozucu molekulleri polimer molekulunden cok kucuk olduğu icin, onlar once polimerin icine difuze olurlar Bu yuzden polimer şişer ve hacmi yaklaşık 1000 kat kadar artar Bunun neticesinde makromolekuller arasında olan bağ kuvvetleri zayıflar ve polimerier birbirinden ayrılarak cozeltiye gecerler
3 Kucuk molekullu bileşiklerin cozeltileri şeffaf olduğu halde, yuksek molekullu birleşmelerin cozeltilerinde ışığın dağılması gozlenir
4 Kucuk molekullu bileşiklerin cozeltilerinin kristalleşmesi genellikle kolay ve belli bir sıcaklıkta olduğu halde, yuksek molekullu bir birleşmeler icin kristalleşme prosesi cok zor ve geniş bir sıcaklık aralığında olmaktadır
5 Kucuk molekullu bileşiklerden farklı olarak, yuksek molekullu birleşmelerin cozeltilerinden veya eriyik halinden ince tabakalar meydana getirilebilir
Polimerler, sertliğine, yuksek sıcaklığa ve darbeye dayanıklılığına, yuksek dielektrikliğine, korozyona karşı dayanıklılığına gore geniş kullanım sahalarına sahiptir

Polimerlerin Sınıflandırılması
Yuksek molekullu birleşmeler elde edildiği yere gore doğal ve sentetik olmak uzere ikiye ayrılır
a) Doğal polimerler: Bunlar doğada var olan polimerlerdir Doğal kaucuk, pamuk, ipek, yun, amyant birer doğal polimerdir
b) Sentetik polimerler: Monomerierden ceşitli metotlarla sentezlenen polimerlerdir Bunlar monomerlerden başlayarak endustride sentez edilen polietilen, polipropuen, poliesterler, poliamidler gibi polimerlerdir
Polimer zincirinin yapısında bulunan atomların tabiatına bağlı olarak polimerler 3'e ayrılırlar


Polimerlerin Uretim Şekilleri
Endustride en cok kullanılan dort polimerleşme şekli vardır Kutle (blok), cozelti, suspansiyon ve emulsiyon polimerleşme

Kutle (Blok) Polimerleşmesi
Reaksiyon kabında yalnız saf monomer ve başlatıcı bulunur Bu proseste monomer ısıtılıp, ultraviyole ışınların etkisiyle veya başlatıcı eklenerek polimerleştirilir
Kutle polimerleşme reaksiyonları ekzotermik olduğundan ortamın devamlı karıştırılması gerekir Bu sistemde polimerleşme ile beraber ortamın viskozitesi artar ve karıştırma imkansız hale gelir Bu yuzden homojen bir ısı yayılımı sağlanamaz ve sıcaklık kontrolu zorlaşır Reaksiyon ortamının sıcaklığının değişmesi, elde edilen polimerlerin molekul ağırlığının azalmasına sebep olur Onun icin kutle polimerleşmesi, once % 3035 donuşume kadar duşuk sıcaklıkta, sonra sıcaklık artırılarak % 98100 donuşume kadar olmak uzere iki aşamada gercekleştirilir Sanayide etilen, stiren, vinil asetat, metil metakrilatın polimerleşmesi bu şekilde yapılır

Cozeltı Polimerleşmesi
Ortamda bir cozucu, monomer ve başlatıcının bulunduğu polimerleşme şeklidir Bu polimerleşme oyle cozucu kullanılmalıdır ki, cozucude hem monomer, hem de oluşmuş polimer iyice cozulebilsin Monomer cozucude cozulduğu icin konsantrasyonu zamanla azalır, dolayısıyla karıştırma ve sıcaklık kontrolu kolaylaşır Bu sebepten elde edilmiş polimerin molekul ağırlığı artar Cozelti polimerleşmesinin kutle polimerleşmesine ustun gelen bu yonlerine karşılık cozucunun polimerleşme reaksiyonundan sonra ortamdan uzaklaştırılması gibi sorularla karşılaşılır Bu yuzden cozelti polimerizasyonunda meydana gelen polimeri cozeltiden ayırmak zor olduğu icin sanayide bu metot cok kullanılmaz Akrilenitril, vinil asetat ve etilen bu metot ile polimerleştirilebilir

Suspansıyon (Boncuk) Polımerizasyonu
Suspansiyon polimerleşmesinde once başlatıcı monomerde cozulur, sonra su ilave edilir ve hızla karıştırılarak monomerin suda suspansiyonu hazırlanır Oluşan damlalar 00105cm capındadır Bu cap karıştırma hızı ile ters orantılıdır
Polimerizasyon başlatıcı olarak monomerde cozulen başlatıcılar (benzoil peroksit gibi) kullanılır Suspansiyonun kararlı kılınması ve oluşan polimer parcacıklarının birbirine yapışmaması icin ortama suda cozulebilen (karboksimetilseluloz, toz halinde potasyum karbonat, baryum karbonat,bentonit gibi) stabilizatorler katılır Bu yontemde polimerizasyon ısısı ortamdaki su tarafından giderilir ve kesin sıcaklık kontrolu sağlanır Polimer cok kucuk parcacıklar halinde elde edildiğinde paketlenmeye, işlemeye cok elverişlidir Suspansiyon polimerizasyonu bu bakımdan diğer polimerleşme metotlarından ustunluk gosterir ve sanayide yaygın olarak kullanılır Stiren, vinil klorur, vinil asetat, metal metakrilat bu işlemle polimerleştirilebilir

Emulsuyon Polimerizasyonu
Su ortamında, monomer, yuzey aktif madde ve suda cozunen (potasyum persulfat, hidrojen peroksit gibi) bir başlatıcı bulunur Reaksiyon ortamı devamlı karıştırılır Yuzey aktif maddelere emulgator denir Bunlarda aktif polar (karboksil veya sulfo) gruplar bulunur Bu maddelere ornek olarak sabunları, oleik, palmitik, stearik asitlerin sodyum tuzlarını, aromatik sulfo asitlerin sodyum tuzlarını, mesela sanayide cok yaygın olarak kullanılan nekalı (2,6diizobutil naftalin3sodyum sulfanat) gosterebiliriz Bu emulgatorler, sabun gibi suda kucuk damlacıklar, yani miseller meydana getirirler Suda meydana gelen serbest radikaller miselin icindeki monomer molekulu ile temas ettiğinde onu aktifleştirir ve polimerleşme başlar Boylelikle polimerleşme misellerde cabuk ve oldukca duşuk sıcaklıkta gercekleşir
Bu yontem endustride ozellikle stirenbutadien kaucuğu (SBK) uretiminde başarıyla kullanılmaktadır Elde edilen polimerlerin cok kucuk parcacıklar halinde oluşu paketlemeye ve işlemeye elverişli olması bakımından ayrıca sıcaklık kontrolunun kolay olması sebebiyle, suspansiyon polimerleşmesi gibi emulsiyon polimerleşmesi de ilk iki yonteme gore ustunluk sağlar

İLETKEN POLİMERLER

Son on yılda elektriksel iletkenliğe sahip polimerlere karşı ilgi onemli olcude artmıştır Bu malzemeler cok onceleri değişik metotlarla elde edilmiş fakat iletkenliklerinin farkına varılamadığı icin onemsenmemiştir Bilim ve teknoloji alanında hızlı gelişmelere bağlı olarak yeni malzeme arayışları, iletken polimerlerle ilgili calışmaların en etkili yurutucu kuvveti olmuştur Bu calışmalarda araştırmacılar polimerik malzemelere veya bazı sentetik organik maddelere, inorganik metal ya da yarı iletkenlerin ozelliklerini kazandırmaya calışmaktadırlar Daha da ileriye giderek, metaller ve yarı iletkenlerde doğal olarak var olmayan bazı malzeme ozellikleri iletken polimerlerle kazanılmaya calışılmaktadır Bu nedenlerle iletken polimerler genellikle sentetik metal veya organik metal olarak da isimlendirilmektedir
Shırakawa'nm poliasetileni sentezleyerek katkılama yoluyla iletkenliğinin buyuk olcude arttığını belirlemesi iletken polimerlerle ilgili ilk onemli calışmayı oluşturmuştur (İto and Shirakawa, 1974; Shirakawa et al 1977) Genellikle polimerler yalıtkan malzemelerdir veya cok duşuk elektriksel iletkenliğe sahiptirler iletken polimerler yapılarında uzun konjuge cift bağlı zincirler bulunması nedeniyle iletkenlik ozelliğine sahiptirler Şekil 15'de bazı iletken polimerlerin yapılan gosterilmiştir
hibridi iceren tetragonal yapıdadır ve karbonun butun elektronları dort hibrit orbitaline yerleşmiş durumdadır C – C tek bağında elektronları uyarmak icin elektronları metalik iletkenliğe neden olur Doymamış hidrokarbonlar sp3 oldukca yuksek enerji gerekir (7 – 10 eV) Bu nedenle geniş yasak band aralığına sahip bu bileşikler yalıtkandırlar sp2 ve sp hibridi iceren cift ve uclu bağlı bileşiklerde hibrit orbitaller iyanında elektron iceren p orbitalleri de vardır

2 İletken Polimerlerde İletkenlik Teorisi
Pollasetilen ve diğer konjuge polimerlerin optik absorpsiyon calışmaları sonucunda bu polimerlerin değerlik bandını iletkenlik bandından ayıran yasak enerji aralığının yan iletkenlerde olduğu gibi 1,4 3 eV arasında olduğu anlaşılmıştır Bir yarı iletkende elektronun, değerlik bandından iletkenlik bandına cıkması ile sistemin yapısı değişmez Oysa polimerlerde elektronik uyarma, orgunun relaksasyonuna neden olur
Polimerlerde iki tur yapısal relaksasyon olduğu kabul edilir Birincisi polimer zinciri boyunca oluşan tek duze relaksasyon, ikincisi ise lokal olarak yapısal deformasyona neden olan relaksasyondur Bunların sonucunda polimer zinciri uzerinde hatalar oluşur Bu hatalar solitonveya polaronolarak isimlendirilir (Arca, 1986)
Katkılama ile farklı spinyuk konfigurasyonuna sahip hata merkezleri oluşturulabilmektedir Şekil 23'de oluşabilecek hata turleri poliasetilen yapısı uzerinde iletkenlik teorilerinde kullanılan katı hal fiziği terimleri ile kimyasal isimlendirmeler birlikte verilerek gosterilmiştir (Roth and Bicier 1987)
Katkılama sonucu oluşan solitonun enerji duzeyi poliasetilenin yasak enerji aralığının ortasında yer alır Poliasetilen ve diğer konjuge polimerlerde katkılama ile polaronik hatalar da oluşur ve polaronun elektronik enerji duzeyleri, yasak enerji aralığında simetrik olarak iletkenlik ve değerlik bandına yakın konumlarda yer alır
Katkı maddesinin fazla eklenmesi halinde veya elektrokimyasal olarak katkılama miktarının dolayısı ile polaronların derişimi daha da arttırılırsa, polaronlar kendi aralarında etkileşerek bipolaronları oluştururlar Soliton turu hataların sadece zincir boyunca aktarımının mumkun olmasına karşılık bipolaronik hataların bir zincir uzerinden diğerine atlayabilecekleri de belirtilmiştir
Sonuc olarak yukarıda acıklandığı gibi katkılama ile polimerlerde, yasak enerji aralığındaki enerji duzeylerine yerleşen soliton, polaran ve bipolaron gibi yapılar polimerlere iletkenlik kazandırmaktadır

3 İletken Polimerlerin Uygulama Alanları:
İletken polimerlerin en onemli uygulama alanlarından birisi doldurulabilir pillerdir Bunun yanında bu malzemelerin elektronikte ve elektrokimyasal calışmalarda onemli uygulamaları ortaya cıkarılmıştır Poliasetilenin elektrokimyasal yontemlerle hem anyonik hem de katyonik olarak katkılanabileceğinin bulunması ile doldurulabilir pillerde elektrot malzemesi olarak kullanımı gercekleştirilmiştir Kurşun asitli aku ile karşılaştırıldığında poliasetilen pilinin cok hafif olduğu ve daha yuksek enerji yoğunluğuna sahip olduğu anlaşılmıştır


Ancak poliaserilen pilinin hava oksijeni ile bozunduğu ve termal kararlılığının katkılama ile azaldığı saptanmıştır (Valhatra et al 1986) Doldurulabilir piller icin elektrot malzemesi olarak polipirol, politiyofen ve polianilin havada daha kararlı olduklarından pollasetilene tercih edilmektedirler Polipırolden yapılmış doldurulabilen pil Almanya'da BASF firması tarafından imal edilmiş olup halen denenmektedir
İletken polimerlerin diğer bir uygulama alanı da elektrokatalizdir Polipirol icinde tutuklanmış ftalosiyanin anyonunun oksijenin elektro indirgenmesini katalizlediği kanıtlanmıştır
İletken polimerler fotoelektrokimyasal hucrelerde elektrot malzemesi olarak kullanılabilmektedir Orneğin elektrokimyasal olarak hazırlanmış politiyofen guneş ışığı ile aydınlatıldığında onemli miktarda fotoakımın oluştuğu gozlenmiştir Ayrıca fotoelektrokimyasal hucrelerde kullanılan yan iletken elektrotlar veya tozlar iletken polimerlerle kaplandığında istenmeyen fotokorozyon olayının onlendiği bulunmuştur (Valhatra et al, 1986) Buna ek olarak iletken polimerlerin bunyesine sokulabilecek ve gorunur bolgede ışığı absorblayan bir boyar madde yardımı ile elektrot tepkimesi sensitize edilebilmekte ve guneş enerjisi ile daha verimli bir bicimde hidrojen gazı uretilebilmektedir Bu tur bir uygulamada polipirolle kaplı nTiO2 uzerine anyon halinde yerleştirilen florosein yardımıyla fotokatilitik yoldan hidrojen oluşumu gercekleştirilmiştir (Yıldız et al, 1989) Bundan başka polipirolle kaplı altın mikroelektrotlarla kimyasal transistorun yapımı gercekleştirilmiştir İletken polimerlerin iletkenlik değerleri katkılanmayla orantılı olarak yalıtkan ve metalik değerler arasında değiştirilebildiğinden, bunların acmakapama ve hafıza elemanı olarak elektrooptik uygulamalarda kullanılmaları da mumkun olmaktadır
Ayrıca yukarıda ozetlenen uygulamalar dışında iletken polimerier nem sensoru, gaz sensoru ve radyasyon detektoru olarak da kullanılmaktadır Bu tur sensor uygulamaları polimerlerin iletkenlik değerlerinin ortamdaki nem miktarı, radyasyon miktarı ve NO, NO2, CO kısmi basınclarıyla değişmesi esasına dayanmaktadır
Bazı ilacların elektriksel sinyaller uygulanarak mikrodozajlar duzeyinde belli zaman aralıklarında ve istenilen bir hızda bir yuzeyden belli bir ortama salınması, modern tıp uygulamalarında onemlidir