POLİMERİK MALZEMELER Prof. Dr. Akın AKINCI Sakarya Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü

Transkript

1 POLİMERİK MALZEMELER Prof. Dr. Akın AKINCI Sakarya Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü

2 GİRİŞ -PLASTİK SANAYİİNİN, 1868 DE NİTRO SELÜLOZUN TİCARİ ÜRETİMİYLE BAŞLADIĞI KABUL EDİLİR -FENOL-FORMALDEHİT REÇİNELERİ YAKLAŞIK 40 YIL SONRA TİCARİ OLARAK ÜRETİLMİŞTİR -BU İLK POLİMERİK MADDELER,KİMYA BAZLI AMPİRİK ÇALIŞMALARIN SONUNDA ORTAYA ÇIKMIŞTIR -ANCAK 20.ASRIN BAŞLARINDA EMIL FISHER UZUN, ZİNCİR GİBİ BÜYÜK MOLEKÜLER,MOLEKÜLER YAPI BİGİ KAVRAMLARDAN SÖZ ETMEYE BAŞLAMIŞTIR LERDE STAUNDINGER,PS,POM VE KAUÇUKLARLA YAPTIGI ÇALIŞMALARLA BU KAVRAMLARI GELİŞTİR MİŞ VE MOLEKÜLER YAPI ÖNEM KAZANMIŞTIR -BU GELİŞMELERİN SONUNDA, YILLARI ARASINDA,UYGUN ÖZELLİKLERİ NEDENİ İLE,PEK ÇOK POLİMERİN TİCARİ ÜRETİMİ GERÇEKLEŞMİŞTİR

3 -ÇEŞİTLİ ÖZELLİKLERDE OLAN BU POLİMERLR KISMEN,ETİLEN,STİREN GİBİ BİLİNEN MEDDELER KULLANILARAK ÜRETİLİRKEN;PA, POLİESTER GİBİ BAZILARININ ÜRETİMİ İÇİN YENİ HAMMADDELER GELİŞTİRİLMİŞTİR -GÜNÜMÜZDE,POLİMERLERİN YAPI-ÖZELİK İLİŞKİLERİ HAKKINDAKİ BİLGİ BİRİMİMİ VE 1950 DEN BUYANA GELİŞTİRİLMİŞ OLAN YENİ HAMMADDELER NEDENİ İLE TİCARİ POLİMERLERİN SAYISI ÇOK ARTMIŞTIR -BİLGİ BİRİKİMİ SAYESİNDE POLİMERLERE ARZU EDİLEN ÖZELLİKLERİN KAZANDIRILMASI DA BAŞARILABİLMİŞ, ISMARLAMA POLİMERLER ÜRETİLEBİLMİŞTİR -PROSES MÜHENDİSLİĞİ İLE ÜRETİM KAPASİTELERİ ÇOK ARTTIRILMIŞTIR

4 -POLİMERLERİN ISMARLAMA ÜRETİMİNDEN ANLAŞILACAĞI ÜZERE, POLİMERLERİN ÖZEL- LİKLERİ VE KULLANIM ALANLARI ÇOK ÇEŞİTLENMİŞTİR. -POLİMERLER ARTIK, RİJİT VE ESNEK UYGULAMA- LAR İÇİN,KÖPÜK, FİLM, LEVHA, ÇEŞİTLİ EŞYA, ELYAF, YAPIŞTIRICI,KAPLAMA MALZEMESİ VS. OLARAK ÜRETİLİP KULLANILMAKTADIR. -MALZEME OLARAK POLİMERLER ÜÇ ANA GRUPTA İNCELENMEKTEDİR: PLASTİKLER, ELYAFLAR VE KAUÇUKLAR. -BU GRUPLAR İÇİNDE ÜRETİMİ VE ÜRETİM VE TÜKETİM ARTIŞ HIZI EN FAZLA OLANI PLASTİKLERDİR

5

6

7 Yrd. Doç. Dr. Akın AKINCI 7

8

9

10

11

12

13

14 Sektörün plastik hammadde açığının kapatılması amacıyla yeni petrokimya tesislerine yatırım yapılması,

15 PETKİM in halen tümüyle ithal edilen ve katma değeri yüksek plastik hammadde yatırımlarını gerçekleştirmesi, Rafineri Petrokimya entegrasyonunun sağlanarak nafta satışında katma değeri daha yüksek olan plastik üretimine öncelik verilmesi gerekmektedir. Yeni petrokimya yatırımları ile hem üretim kapasitesi hem de ürün yelpazesi arttırmalıdır

16 Türk plastik sektörünün, katma değeri yüksek mamuller üretmek ve ihraç etmesi amacıyla AR GE ve ÜR GE yatırımlarına özel önem verilmelidir

17 Sanayicilerin AR GE faaliyetleri ve uzman işgücü yetiştirilmesi teşvik edilmeli, KOBİ ler tarafından yapılacak AR GE yatırımlarına en az % 100 yatırım indirimi sağlanmalıdır. Kayıt dışılık önlenerek haksız rekabet ortadan kaldırılmalıdır. Geri dönüşüm prosesi için uygulamalı projeler teşvik edilmelidir

18 Plastik geri dönüşüm alt yapı yatırımları, Büyüme hızı gerileyen AB ülkelerindeki plastik mamul üretim tesislerinin Türkiye ye kaydırılması ve bu şekilde AB talebinin Türkiye de üretilip AB ye ihraç edilerek sağlanması

19 Polimerlerin Sınıflandırılması Polimer molekülü monomer adı verilen pek çok küçük molekülün birbirine kovalent bağ ile bağlanarak oluşturduğu büyük bir moleküldür. Polimer molekülüne ploimer zinciri de denir. Bir bileşiğin monomer olabilmesi için fonksiyonel grup içermesi gerekir. Polimerlerin farklı açıdan sınıflandırılmaları mümkümdür; Molekül ağırlığına göre (oligomer(makro molekül)) Doğay ve yapay oluşuna göre (sentez biçimine göre) Organik ve inorganik polimerler Sentezleme tepkimesine göre (basamaklı, katılma) Zincirin kimyasal ve fiziksel yapısına göre (düz, dallanmış) Isıya karşı gösterdiği davranışa göre (termoplastik, termoset) Zincir yapsısına göre (copolymer)

20 Zincirin kimyasal ve fiziksel yapısına göre Doğrusal, dallanmış, çapraz bağlı olmak üzere üçe ayırmak mümkündür. Örnek olarak PE ele alınacak olursa yapı için; Lineer yapı denilince zincirlerin gerçekte ip gibi bulunmadığı bilinmelidir. Düz kelimesi fiziksel yapıyı değil kimyasal yapıyı belirlemektedir

21 Dallanmış polimerlerde C atomu en az diğer 3 C atomu ve bir H atomuyla bağ yapmaktadır. Örnek olarak dallanmış PE ele alınabilir. Dallanmada her dal bir zincire aittir. Şayet dallar birden fazla zincire aitse çapraz bağlar oluşur CH3 21

22 Çapraz bağların az veya çok olması dallanma miktarı veya dallanmanın hiç bulunmaması polimerlerin mekanik özelliklerini etkileyen faktörlerdir. Lineer polimer zor elde edilir ve pahalıdır. Yüksek yoğunluklu (HDPE) PE olarak bilinir. Düşük yoğunluklu (LDPE) PE ise dallanmış PE dir. Kolay elde edilir ve ucuzdur. Yüksek yoğunluklu (HDPE) PE nin düşük yoğunluklu (LDPE) PE ye göre mekanik özellikler açısından pek çok üstünlükleri vardır. Bunlar Yüksek yoğunluklu (HDPE) PE nin kristal yapı oluşturmasına dayanır

23

24 Doğrusal (Lineer) Çapraz Bağlı Dallanmış

25

26 ISIYA KARŞI GÖSTERDİĞİ DAVRANIŞA GÖRE POLİMERLER -POLİMER ZİNCİRLERİNDEN OLUŞAN BİR KÜTLEYE ISI ŞEKLİNDE ENERJİ VERİLDİĞİNDE, POLİMER ZİNCİRLERİNİN HAREKETLİLİĞİNDE ARTIŞLAR MEYDANA GELİR. BAŞLANGIÇTA POLİMER ZİNCİRİNİN KÜÇÜK PARÇALARINDA OLUŞAN BU HARAKETLİLİK, ISI ARTTIKÇA GİDEREK BÜYÜK PARÇALARI KAPSAR VE TÜMÜNE YAYILIR. BU KONUMDA POLİMER ZİNCİRLERİ BİRBİRLERİ ÜZERİNDEN KAYMAYA BAŞLIYACAK VE KATI POLİMER, ERGİYEREK AKACAKTIR.

27 -POLİMERLERİ ŞEKİLLENDİRİRKEN; POLİMERİK MALZEMELERİN BELLİ SICAKLIK DEĞERLERİNDE SIVI HALE GEÇMESİ OLAYINDAN YARARLANIYORUZ. ERGİMİŞ POLİMER KALIBI DOLDURDUKTAN SONRA KALIBI SOĞUTARAK POLİMERİ TEKRAR KATI HALE GETİREBİLİYORUZ. İSTERSEK POLİMERİ ISITIP TEKRAR SIVI HALE GETİRİP DAHA SONRA SOĞUTARAK TEKRAR KATI HALE GETİREBİLİYORUZ. TAMAMEN FİZİKSEL VE TERSİNİR OLAN BU İŞLEM TEKRARLANABİLİYOR. BU TÜR PLASTİKLERE, LATİNCE ISIYLA ŞEKİLLENDİRİLEBİLEN ANLAMINA GELMEK ÜZERE, TERMOPLASTİK ADI VERİLMEKTEDİR.

28 -BUNUN YANI SIRA, ISI İLE FARKLI BİR DAVRANIŞ GÖSTEREN İKİNCİ BİR GRUP POLİMER AİLESİ DAHA BULUNMAKTADIR. TERMOSET POLİMERLER. -BU GRUP POLİMERLER ISITILDIKLARINDA YUMUŞAMAZ VE ERGİMEZLER. ISININ YÜKSELMESİNE KARŞIN İLK KATI KONUMLARINI KORURLAR. BELİRLİ BİR YÜKSEK SICAKLIK DEĞERİNE ULAŞILDIĞINDA, POLİMER ZİNCİRİNİ OLUŞTURAN BAĞLAR KOPABİLİR VE TERMOSET MALZEME BOZUNUR. BU İŞLEM TERSİNMEZDİR. -BU TÜR POLİMERLER, ÖZEL OLARAK ŞEKİLLENDİRİLECEKLERİ KALIPTA REAKSİYON A SOKULARAK TERMOSET HALE GETİRİLİRLER.

29 Uzun, bağımsız birimler halinde bulunan düz veya az miktarda dallanmış zincirlerden oluşan polimer sistemlerine ısıya karşı davranışlarına bakılarak termoplastikler adı verilmektedir. Bir termoplastik sıcaklık arttırıldığı zaman akışkan sıvı haline geçebilir. Bu durumda iken uygun bir sistemle (örneğin enjeksiyon kalıplama) bir kalıba doldurulur. Kalıp soğumaya bırakılıp açıldığında plastik şekilli malzeme elde edilir. Gerektiğinde aynı malzeme tekrar eritilip kalıplanabilir. Bu işlem defalarca tekrarlanabilir

30 Yüksek oranda çapraz bağ içeren polimer sistemler ise termoset olarak adlandırılır. Böyle bir sistemde farklı zincir molekülleri birbirine sağlam kovalent bağlarla bağlanmış olup zincirlerin tek olarak yer değiştirmelerine imksn yoktur. Yani yüksek çapraz bağlı termoset polimerik bir malzeme ısıtıldığında ergiyerek sıvı haline geçemez. Ancak çok yüksek sıcaklıkta bağların bozulması sebebiyle bozunur ve parçalanırlar. Çapraz bağın az veya çok olduğu çapraz bağlar arasında kalan molekül zincirlerin ortalama ağırlığı ile karakterize edilir

31 Çapraz bağlanmada sınır değer = 5000 g/mol olunca çapraz bağlanma yüksek oranda aksi takdirde az çapraz bağ söz konusudur

32 Kauçuğun kükürt (S) ile reaksiyon vermesine vulkanizasyon denir

33 Zincir Yapılarına Göre Polimerler Polimerler tek tür birimlerden oluşurlarsa homopolymer fazla sayıda farklı birimlerden oluşurlarsa copolymer ismini alırlar

34 ZİNCİRİN KİMYASAL YAPISINA GÖRE POLİMERLER -EN BASİT POLİMER TÜRÜ, BİRTEK MONOMERDEN OLUŞAN HOMOPOLİMER DİR. MONOMER:A HOMOPOLİMER:AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA -POLİMER BİRDEN FAZLA MONOMERDEN OLUŞURSA KOPOLİMER ALARAK ADLANDIRILIR. MONOMER MOLEKÜLLERİNİN POLİMER İÇİNDE DİZİLİŞİNE GÖRE İSE KOPOLİMERLER DEĞİŞİK BİR BİÇİMDE ADLANDIRILIR. MONOMERLER: A VE B ARDARDA(ALTERNATİF) KOPOLİMER: -----ABABABABABABABABABA----- BLOK KOPOLİMER: AAAABBBBBBBAAAAAAAAAABBBBBBBBBBAAAAA----RASTGELE KOPOLİMER: ----ABAAABBAABABAB----

35 POLİMER ZİNCİRİNDE BAŞKA BİR MONOMERDEN OLUŞAN POLİMER YAPILI YAN ZİNCİRLER VARSA BU TÜR POLİMERLERE GRAFT KOPOLİMER DENİR. MONOMERLER:A VE B GRAFT KOPOLİMER: --AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA----- B B