Dokuz Eylül Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü YAPI MALZEMESİ -I 14. Polimerler 14.1.Polimerizasyon 14.2.Plastiklerin mühendislikte kullanımı ve özellikleri 14.3.Plastik katkı maddeleri 14.4.Lif donatılı plastik kompozitler 14.5.Lastik 14.6.Organik kaplamalar, boyalar 1
14.1. Polimerizasyon çok sayıda tekrarlanan monomer poli mer 2
14.1. Polimerizasyon 3
14.1. Polimerizasyon Doğal Polimerler Keratin Jelatin Kolajen İpek Yün Selüloz Doğal kauçuk DNA 4
14.1. Polimerizasyon Yapay polimerler sentetik ya da yarı sentetik olabilir. 5
14.1. Polimerizasyon Polimerler, kimyasal bileşimlerine göre organik ve inorganik olmak üzere iki gruba ayrılmaktadır. Organik polimerlerde başta karbon olmak üzere hidrojen, azot ve halojen atomları bulunur. İnorganik polimerlerde ise ana zincirde karbon yerine silisyum, germanyum, bor, fosfor gibi elementler bulunur. 6
14.1. Polimerizasyon Sentez yoluyla bileşiğin kendi küçük molekülünden daha büyük moleküllerin üretilmesine polimerizasyon, iki veya daha çok arı molekülün su molekülleri dışarıda kalacak şekilde birleşmeleri ve büyümelerine ise kondansasyon denir. 7
14.1. Polimerizasyon Plastikler 19. yüzyıl sonlarında ortaya çıkmışlar ve 20. yüzyılın malzemesi olmuşlardır. İlk plastik malzeme: selüloz-nitrat 8
14.1. Polimerizasyon Bunu izleyerek 1910'da bakalit, 1929'da Üre ve Melamin, 1940'da Poliamit ve Naylon, 1943'de Polietilen ve Silikon ve 1948'de Epoksi bulunmuştur. 1927'de PVC 9
14.1. Polimerizasyon Homopolimer -A-A-A-A-A-A-A-Aörn: polietilen 10
14.1. Polimerizasyon Kopolimer Polimerizasyon ortamında tek bir mer yerine, iki mer varsa, bunların birleşiminden oluşan ve metallerdeki alaşıma benzeyen bir ürün elde edilir. Bu olaya kopolimerizasyon, ürüne ise kopolimer denir. Örneğin PVC (polivinil klorür) ve PVA (polivinil asetat) bu tür ürünlerdir. -B-A-B-A-B-A-B-A-Bgrafted copolymers are styrene-butadiene 11
14.1. Polimerizasyon Terpolimer Günümüzde plastik üzerine çok sayıda araştırma yapılmakta ve yeni türler ortaya çıkmaktadır. 12
14.1. Polimerizasyon Polimerizasyon için gerekli parametreler: -Sıcaklık -Basınç -Katalizör
14.1. Polimerizasyon Polimerizasyona örnek Eğer etilen (C 2 H 4 ) uygun basınç, sıcaklık ve katalizörlerin etkisinde bırakılırsa, Etilen'e monomer, uzun molekül polietilen'e polimer adı verilir. 14
14.2. Plastiklerin mühendislikte m kullanımı ve özellikleri Hafiflik (özgül ağırlığı 0.82 2.10), Düşük elektriksel iletkenlik (elektrik yalıtım malzemesi olarak uygundur), Düşük ısı iletkenlik, Renk seçeneği (şeffaftan opağa kadar değişen optik özellikler), Kimyasal maddelere dayanıklılık (ultraviole ışıktan korunduğu takdirde inorganik asitlere, tuzlara, bazlara, tatlı,tuzlu ve pis su etkisine dayanıklılık sağladığı için ideal bir alt yapı malzemesidir), Düşük su emme, Yanmama veya yanarken sönme özelliği (selüloz nitrat dışında). Buna karşılık yangın durumunda zehirli gaz etkisi ortaya çıkabilir, Kolay imalat ve işlenebilirlik (örneğin imalat sırasında plastiklerin içine metal parçalar gömülebilir veya matkapla vb. aletle delik açılıp, kesilebilir).
14.2. Plastiklerin mühendislikte m kullanımı ve özellikleri Plastiklerin mekanik özelliklerine etki eden faktörler ise; yükleme hızı, sıcaklık ve çevre koşullarıdır. Plastikler yük altında viskoelastik davranış gösterirler. Bu davranış da sıcaklık ve zamana bağlıdır. 16
14.2. Plastiklerin mühendislikte m kullanımı ve özellikleri Bazı plastikler yüksek dayanımlı iken, bazıları düşük dayanım değerlerine sahiptir. Bazıları kırılgan, gevrek davranış gösterirken, bazıları çok düktildir. Gerilme Sert, dayanıklı plastikler (kalıplanmış termosetler) Nylon_Tensile_Test Plastiklerin çoğu Yüksek oranda esneyebilen plastikler Birim şekil değişimi
14.2. Plastiklerin mühendislikte m kullanımı ve özellikleri Etilen'in polimerizasyon işlemi karışık bir kimyasal reaksiyon türüdür. Değişik tipleri düz, dallanmış veya çapraz bağlı şekillerde olabilir. a) Düz bağlı b) Dallanmış bağlı c) Çapraz bağlı
14.2. Plastiklerin mühendislikte m kullanımı ve özellikleri Termoplastikler Düz zincir tipi plastiklere termoplastik adı verilir. Bu tip malzemeler sıcaklık artınca yumuşarlar ve basınç altında tekrar şekil verilebilirler. Bu farklı davranışa, birincil bağ olan kimyasal bağdan çok, ikincil fiziksel bağlar sebep olur. (thermosoftening) Kolay şekil verilir. Örn: polietilen 19
14.2. Plastiklerin mühendislikte m kullanımı ve özellikleri Termoplastikler - Polietilen Polietilenin paralel zincirleri arasındaki zayıf Van der Waals bağları çekme sırasında yüksek orana uzamayı sağlar. Sıcaklık artışı ile aynı yükteki uzama artışı da paralel zincirleri arasındaki zayıf Van der Waals bağları ile açıklanabilir. 20
14.2. Plastiklerin mühendislikte m kullanımı ve özellikleri Termoset plastikler Çapraz bağlı ve dallanmış türler sıcaklık etkisiyle yumuşayarak reaksiyona girip erir. Sıcaklık bir noktayı aşınca polimerizasyon sonucu, plastik sert, kırılgan bir malzeme haline dönüşür. Bu malzemeler tekrardan ısıtılınca yumuşamazlar, sert ve kırılgandır. Bu tip malzemelere termoset plastikler adı verilir. Genelde termoset malzemeler düktil değillerdir. 21
14.2. Plastiklerin mühendislikte m kullanımı ve özellikleri Termoplastikler Termoplastikler, normal sıcaklıkta kırılgandan, düktile kadar değişen davranışlar gösterirler. Termoplastikler doğal ve sentetik olmak üzere iki gruba ayrılırlar. Doğal termoplastikler bağlayıcılardır. reçine ve asfalt bazlı 22
14.2. Plastiklerin mühendislikte m kullanımı ve özellikleri Yüksek sıcaklıklar polimerler için daima tehlikelidir. Bazı türleri 300-400 o Csıcaklığa kadar dayanmasına karşın (teflon, melamin, vb.), çoğunluğu 80 o C nin aşılması halinde zarar görür. Sıcak ortamlarda elastisite modülleri ve elastik limitleri düşer. Sünme ve yorulma olayları plastikleri olumsuz yönde etkiler. 23
14.2. Plastiklerin mühendislikte m kullanımı ve özellikleri Epoksi reçinesi İnşaat sektöründe çok geniş kullanım alanı: Yapıştırma, su yalıtımı, korozyon koruması, yüzeysel onarım, ankraj, dübelleme, enjeksiyon 24
14.2. Plastiklerin mühendislikte m kullanımı ve özellikleri Epoksi reçinesi Enjeksiyon amaçlı olanların viskozitesi daha düşüktür ve kum karıştırılmaz. 25
14.3. Plastik katkı maddeleri 1. Donatı Maddeleri 2. Dolgu Maddeleri 3. Boyalar 4. Stabilizatörler 26
14.3. Plastik katkı maddeleri 1 Donatı Maddeleri: Plastiklerin mekanik özelliklerini düzeltmek amacıyla en çok cam lifleri kullanılır. Diğer lifli maddeler de pamuk, naylon, metal lifleri, kumaş ve kağıt bu amaçla kullanılır. 27
14.3. Plastik katkı maddeleri 2 Dolgu Maddeleri: Maliyeti düşürmek, hacmi arttırmak amacıyla plastik maddelere talk, silikatlar, karbonatlar, talaş gibi maddeler katılır. 28
14.3. Plastik katkı maddeleri 3 Boyalar: Plastiklere boya katılarak istenen renk verilebilir. 29
14.3. Plastik katkı maddeleri 4 Stabilizatörler: Plastiklerin zamanla bozulmasına yol açan kimyasal reaksiyonları geciktirmek amacıyla katkı maddeleri eklenir. Örneğin, plastikler ultraviyole ışık altında geniş moleküllerin parçalanması sonucu plastik özelliğini kaybedip kırılgan hale gelir. Bunu önlemek için kurşun tozları, karbon siyahı gibi katkı maddeleri karışıma eklenir. 30
Polimerlerin UV ile bozulması Termoplastikler daha hassastır. (polipropilen, polietilen, polimetilmetakrilat, naylon lifler) 31
Ultraviyole (UV) ışın (morötesi) Elektromanyetik ışınım (radyasyon) spektrumunda görünür ışıkla X-ışınlarına arasında kalan dalgaboyundaki (10 nm- 400nm) ışınlardır. UV ışını enerjisi 3 ev ile 124 ev arasında değişir. İnsan gözünün algıladığı en yüksek frekanslı ışık viyole olduğu için daha yüksek frekanslı bu ışına ultra viyole (mor) denmiştir. 32
14.6. Organik kaplamalar, boyalar Mekanizma-1: 33
14.6. Organik kaplamalar, boyalar Mekanizma-2: Sağlam filler ve pigment Sağlam polimer zinciri Polimer zincirlerinde kısalma UV etkisi Açığa çıkan filler veya pigment 34
14.6. Organik kaplamalar, boyalar UV etkisi ile: - yüzeyde çatlama -yüzeyde matlaşma ve şeffaflık kaybı - kolay kırılma Seramikler ve metaller iyonik ve kovalent bağ yapıları nedeniyle UV etkisine daha dirençlidir. 35
14.5. Lastik Doğal lastik (kauçuk) termoplastik ve elastomerik özelliktedir. Çok büyük şekil değişimleri yapabilen (elastomer) lastik sert, aşınmaya dayanıklı ve düşük permeabilite özelliklerine sahip bir malzemedir. Vulkanize edilmiş kauçuk
14.5. Lastik Kükürt katarak çapraz bağlarını arttırmak suretiyle lastiğin sertliğini sıcakta da yüksek tutmak mümkün olmuştur. Mekanik enerjiyi ısı enerjisine dönüştürerek şok darbelerini sönümleyerek yutar. neoprene 37
14.6. Organik kaplamalar, boyalar Kaplama amaçlı kullanılan boya türleri; yağlı boyalar, su boyaları, enameller, vernikler, şellaklar ve laklardır. Boya ve enameller her zaman renkli, laklar bazen renkli, vernik ve şellaklar ise şeffaftır. 38
14.6. Organik kaplamalar, boyalar Boyalar arasındaki farklılıklar, taşıyıcıda bulunan bağlayıcı maddenin türüne göre oluşur. Boyalar bağlayıcılarına göre; yağlı boyalar, sentetik boyalar, selülozik boyalar, emülsiyonlar şeklinde sınıflandırılırlar.
14.6. Organik kaplamalar, boyalar Pigmentler saydam olmayan ve sert bir tabaka oluşumunu sağlayan, suda ve eriticide erimeyen, 0.1-60 mikron büyüklüğünde ince tozlardır. Pigmentler doğal veya yapay organik, inorganik veya madensel kökenli olabilir. Geçiş metallerinin bileşikleri Co(NO 3 ) 2 (kırmızı); K 2 Cr 2 O 7 (turuncu); K 2 CrO 4 (sarı); NiCl 2 (turkuaz); CuSO 4 (mavi); KMnO 4 (mor). 40
Mavi pigmentin mavi görünmesi 41