POLİMER. Bakalit (Bakalite) Sentezi (Fenol-Formaldehit Reçineleri)

Transkript

1 POLİMER Birçok küçük molekülün uygun koşullar altında bir araya gelip birleşerek yüksek molekül ağırlıklı bileşikleri oluşturması işlemi polimerizasyon olarak tanımlanır. Polimerizasyon sonucu, küçük moleküllü birimlerin düzenli bir şekilde yan yana tekrarlanarak oluşturdukları bu yüksek molekül ağırlıklı bileşiklere polimer, polimerleri oluşturan küçük birimlere ise monomer denir. İki tane monomerin bir araya gelmesiyle oluşan polimerlere dimer, üç tanesinden oluşanlara trimer ve dört tanesinden oluşanlara ise tetramer denir. Katılma ve kondenzasyon polimerizasyonu olmak üzere iki çeşit polimerizasyon işlemi vardır. Katılma Polimerizasyonu: Katılma polimerizasyonunda, monomerdeki bütün atomlar polimerde de mevcuttur. Polimerizasyon sırasında tepkimeye giren iki madde arasından herhangi bir küçük moleküllü bileşik ayrılmaz. Kondenzasyon Polimerizasyonu: Kondenzasyon polimerizasyonu su, karbondioksit ve metanol gibi küçük moleküllerin polimerizasyon sırasında ayrılmasıyla oluşur. Bakalit (Bakalite) Sentezi (Fenol-Formaldehit Reçineleri) Bakalit, fenol ve formaldehitin basamaklı polimerleşme tepkimesi ile elde edilen ve metilen veya metilen eter köprülü ağ yapılı polimerdir. Yukarıdaki tepkimeler birçok fenol ve formaldehit molekülleri arasında meydana gelebilir. Böylece polimer bir madde oluşur ki, endüstri bakımından önemli olan bu tür polimerlere Fenol-Formaldehit reçineleri veya Bakalit adı verilir. Fenol-formaldehit reçineleri, endüstride kullanılan ilk sentetik reçinelerdir (1907). Bunlar hem yapıştırıcı olarak hem de termosetting (yani sıcaklıkla yumuşamayan ve şekil değişikliğine uğramayan) reçine olarak

2 kullanılabilirler. Günümüzde de önemini yitirmişlerdir, birçok eşyanın yapılmasında kullanılmaktadır. Polimerleşmenin başlangıcında suda çözünen nispeten küçük moleküllü düz zincirli moleküller oluşur ve bu Bakalit A olarak adlandırılır. Polimerleşme daha da ilerlerse bu zincirler birbirleriyle yanlardan da birleşerek daha büyük molekül yapılı bir polimer oluşur. Bunlar, molekül çok büyük değilse, suda çözünmezler fakat alkol ve asetonda çözünürler. Asitli ortamda elde edilen, alkol ve asetonda çözünmeyen Bakalit B ve Novalak denir. Novalak, toz haline getirilip bazı dolgu maddeleri ve hekzametilen-tetramin ile karıştırılarak kalıplara konur ve bir süre ısıtılıp ve basınç altında tutulursa polimerleşme ilerler. Bakalit B deki polimer düzlemler birbirleriyle birleşerek üç boyutlu yeni bir polimer oluşur ki buna Bakalit C denir. Bu polimer, hiçbir çözücüde çözünmez ve ısı ile yumuşamaz. Yeni elde edilen bu Bakalit C bir termosetting plastiktir.

3 Bakalit, genellikle sert, gevrek ve kırılgan olup eşya yapımında kullanmak için elverişli değildir. Bu polimer maddeyi kullanılabilir hale getirmek için, Bakalit B gliserin ile bir süre ısıtılarak olgunlaştırılır. Böylece polimer düzlemler arasına gliserin molekülleri girerek ona yumuşak özellik kazandırır. Elektrofilik Aromatik Sübstitüsyonla Polimerizasyon (Bakalit Oluşumu) İlk sentetik polimer (veya reçine) bakalit olarak bilinir. 20. Yüzyıl başında Leo Hendrik Baekeland tarafından keşfedilmiştir. Bakalit, fenol ve formaldehitin kondenzasyon tepkimesi sonucu oluşur; tepkime asit veya bazla katalizlenir. Asit katalizli mekanizma: İkinci adımda asit katalizli elektrofilik aromatik sübstitüsyon, oluşan benzilik alkol ve fenol arasında gerçekleşir.

4 Karbon zincirleri merkezi halka üzerindeki meta-konumundadır. Bundan dolayı ilk olarak dallanmış bir polimer oluşur. Bu yapı daha çok fenol bağlayarak büyüyebilir. Daha çok formaldehit molekülü birkaç noktadan bu çekirdek yapıya bağlanabilir. Her bir benzen halkası 3 tane yeni C-C bağı oluşturabilir. Bu polimer termosetting özelliğe sahip olduğundan kullanışlıdır. Bakalit, sıvı bir karışımın ısıtılıp polimerleştirilmesiyle oluşan bir katı polimer yapısıdır.

5 Deneyin Yapılışı: Bir deney tüpüne 1 g fenol ve 2m formalin (%40 lık formaldehit çözeltisi) konulur. Karışım bir miktar ısıtıldıktan sonra, deney tüpüne 2-3 damla derişik sülfürik asit (H 2 SO 4 ) dikkatlice ilave edilir. Sülfürik asit bu tepkimede katalizör olarak davranır. Karışım devamlı karıştırılırken aynı zamanda 45 o lik açı ile hafif bunzen beki alevi ile yavaşça ısıtılır. Tepkime ekzotermik olduğunda ısıtma kontrollü yapılmalıdır. Isıtmaya, karışım viskoz oluncaya kadar devam edilir. Sonra oluşan viskoz katı bir behere dökülerek soğumaya bırakılır ve yarım saat bekletilir. Ufak bir parça alınarak bir spatül üzerine konup alevde ısıtmak suretiyle erime özellikleri incelenir. Kırılganlığı ve diğer özellikleri araştırılır. Su, aseton ve etilalkolde çözünüp çözünmeyeceğine bakılarak Bakalit A veya Bakalit B olduğunda karar verilir. Termoplastik polimer Plastikler, tek zincirler şeklinde düzenlendiğinde onlara verilen fiziksel özelliklere göre sınıflandırılabilir. Termoplastik polimerler hem düzenli kristal bölgelerine hem de amorf kristal olmayan bölgelere sahiptir. Termoplastik polimerler oda sıcaklığında serttir. Isıtıldığında şekil vermek için yeterli yumuşaklığa sahip olurlar. Çünkü tek zincirler yüksek sıcaklıklarda birbirleri üzerinde kayabilir. Termoplastik polimerler günlük yaşantımızda çok sık karşılaştığımız plastiklerdir. (örn. Taraklar, oyuncaklar, elektrik düğmeleri, telefon kaplamaları gibi). Bu tür plastikler kolaylıkla kırılabilmektedir. Termosetting polimer Polimer zincirleri çapraz bağlandığında (cross-linked) çok güçlü ve rijid (katı ve sert) materyaller elde edilebilir. Çapraz bağlamanın derecesi ne kadar büyükse o derece rijid polimer oluşur. Böyle çapraz bağlı polimerler termosetting polimer olarak adlandırılır. Bunlar

6 katılaştıktan sonra, ısıtıldıklarında tekrar erimeyebilir. Çünkü çapraz bağlanmalar moleküller arası van der Waals kuvvetleri olmayıp, kovalent bağlardır. Çapraz bağlanma nispeten kırılgan (brittle) bir polimer yapısına yol açtığından, polimer zincirinin hareketi ile azaltılır. Termosetting polimerler, termoplastik polimerler gibi geniş kullanım alanına sahip değildir. Melmac, melamin ve formaldehitin çapraz bağlanma ile oluşturduğu termosetting bir polimerdir. Melmac, sert ve neme dayanıklı bir materyaldir. Renksiz olmasından dolayı Melmac pastel boyaları ile materyaller içerisine katılmaktadır. Aynı zamanda yemek tabakları ve karşıt yüzeyleri (counter surfaces) hafif (lighteight) yapmak içinde kullanılmaktadır.