İçeriğe atla

Basamaklı polimerizasyon

Basamaklı polimerizasyonunun genel bir temsili. (Beyaz noktalar monomerleri, siyah zincirler oligomerleri ve polimerleri temsil eder) [1]
Basamaklı ve canlı zincir-katılma polimerizasyonları arasındaki moleküler ağırlığakarşı dönüşüm grafiğinin karşılaştırması

Basamaklı polimerizasyon, iki veya daha çok fonksiyonel gruplu monomerlerin ilk önce dimerleri, daha sonra trimerleri, daha sonra uzun oligomerleri ve sonunda uzun zincirli polimerleri oluşturmak üzere reaksiyona girdiği bir polimerizasyon mekanizmasıdır. Birçok doğal ve sentetik polimer basamaklı polimerizasyon sonucunda oluşur. Örneğin: poliesterler, poliamidler, poliüretanlar ve benzeri polimerler basamaklı polimerizasyon ile sentezlenirler. Polimerizasyon mekanizmasının doğası gereği, yüksek moleküler ağırlık elde etmek için yüksek kapsamlı ("extent") reaksiyon gereklidir. Kademeli bir polimerizasyon mekanizması, insan zinciri oluşturmak birbirlerinin ellerini tutan insanların oluşturduğu bir "insan zincirine" benzetilebilir - her insanın iki eli - reaktif yerleri - vardır. İnsanların aksine bir monomer üzerinde ikiden fazla kola -reaktif bölgeye- sahip olma olasılığı vardır: Bu durumda dallı polimerlerin üretimi gerçekleşir.

Tarihi

İnsan toplumunun erken dönemlerinde kullanılan çoğu doğal polimer kondenzasyon polimerizasyonu türündendir. İlk sentetik polimerik malzeme olan bakalit, 1907 yılında Leo Baekeland tarafından fenol ve formaldehit kullanılarak basamaklı polimerizasyon yoluyla sentezlendi. Sentetik polimer biliminin öncüsü Wallace Carothers, 1930'larda DuPont'ta basamaklı polimerizasyon yoluyla polyester yapmak için yeni bir yol geliştirdi. Bu polimerizasyon reaksiyonu yüksek moleküler ağırlıklı polimer molekülleri oluşturmak için özel olarak tasarlanmış ve gerçekleştirilmiş ilk reaksiyon olmanın yanı sıra sonuçları bilimsel teori ile önceden tahmin edilen ilk polimerizasyon reaksiyonuydu. Carothers, günümüzde hala Carothers denklemleri olarak bilinen, basamaklı polimerizasyon sistemlerinin davranışını matematiksel olarak modelleyen bir dizi denklem geliştirdi. Fiziksel kimyager olan Paul Flory ile işbirliği yaparak, basamaklı polimerizasyonunun kinetik, stokiyometri ve moleküler ağırlık dağılımı gibi matematiksel yönlerini modelleyen teoriler geliştirdiler. Carothers ayrıca Naylonun mucidi olarak da bilinir.

Zincir (katılma) polimerizasyonundan farklılıkları

Basamaklı polimerizasyonun zincir (katılma) polimerizasyonu ile farkları aşağıdaki gibidir.

Basamaklı polimerizasyonZincir (katılma) polimerizasyonu
Matris boyunca büyüme Monomerin zincirin sadece bir ucuna veya her iki ucuna eklenmesiyle büyüme
Reaksiyonun başında hızlı monomer kaybı Bazı monomerler uzun reaksiyon sürelerine rağmen sistemde kalabilir
Reaksiyon süreci boyunca tekrarlanan benzer adımlar Mekanizmanın farklı aşamalarında farklı adımlar vardır (örn. Başlatma, yayılma, sonlandırma ve zincir aktarımı)
Ortalama moleküler ağırlık, düşük dönüşümde yavaşça artar ve yüksek zincir uzunluğu elde etmek için yüksek reaksiyon kapsamı gereklidir Temel zincirin molar kütlesi erken aşamalarda hızla artar ve polimerizasyon boyunca yaklaşık olarak aynı kalır
Zincir sonları etkin kalır (sonlandırma yok) Sonlandırmadan sonra zincirler aktif değildir
Başlatıcı gerekmez Başlatıcı gereklidir

Basamaklı polimerizasyonla üretilen bazı polimerler ve özellikleri

Basamaklı polimerizasyon ile sentezlenen bazı polimerlerin özellikleri:[2][3]

  • Poliesterin yüksek camsı geçiş sıcaklığı, yüksek erime noktası, 175 °C 'ye kadar iyi mekanik özellikleri, solvent ve kimyasallara karşı iyi direnci vardır. Lif ve film halinde bulunabilir. Lif hâli giysiler, keçeler, lastik kordları gibi uygulamalarda, film hâli manyetik kayıt kasetlerinde ve yüksek kalite filmlerde görünür.
  • Poliamidin (naylon) yüksek mukavemeti, iyi elastisitesi, aşınma direnci, iyi tokluğu ve göreceli olarak iyi solvent direnci vardır. Poliamidin uygulama alanları: halat, kayış, elyaf kumaşlar, iplik, elektrik tellerindeki kablo kılıflarıdır.
  • Poliüretanlar, elastomer olarak, sertlik, iyi elastisite yağ ve aşınmaya karşı iyi direnç özellikleri gösterirler. Lif olarak iyi elastik sönme; kaplama olarak kimyasallara karşı direnç; köpük olarak, iyi mukavemet, elastik sönme ve yüksek tepki kuvveti özellikleri gösterirler.
  • Poliüre yüksek Tg, yağlara, makina yağına ve kimyasallara karşı göreceli olarak iyi direnç özelliği gösterir. Kamyon kasa kaplamalarında, köprü kaplamalarında, kalafat ve dekoratif tasarımlarda kullanılabilir.
  • Polisiloksan, sıvı, mum, reçine ve kauçuk gibi çeşitli fiziksel hâllerde bulunabilir. Bu malzemenin kullanım alanları köpük önleyici ve ayırıcı maddeler, contalar, kablo ve tel izolasyonu, sıcak sıvılar ve gaz borularıdır.
  • Polikarbonatlar şeffaf ve kendi kendine sönebilen malzemelerdir. Kristal termoplastiklik, yüksek darbe mukavemeti, iyi termal ve oksidatif kararlılık gibi özelliklere sahiptirler. Makinelerde, otomobil endüstrisinde ve tıbbî uygulamalarda kullanılabilirler. Örneğin, F-22 Raptor'un kokpit kanopisi yüksek optik kalitedeki polikarbonattan yapılmıştır.
  • Polisülfürler olağanüstü yağ ve solvent direncine, iyi gaz geçirmezliğine, yıpranmaya ve ozona karşı iyi dirence sahiptir. Bununla birlikte, kötü kokar ve düşük çekme direnci ile zayıf ısı direnci gösterir. Benzin hortumlarında, contalarda, solvent direnci ve gaz direnci gerektiren yerlerde kullanılabilir.
  • Polieterler iyi termoplastik özellik, suda çözünürlük, genellikle iyi mekanik özellikler, orta mukavemet ve sertlik gösterir. İlaçlarda, pamuk ve sentetik elyaflarda, yapıştırıcılar için stabilizatörlerde, bağlayıcılar ve film oluşturucularda haşıllama uygulamasında kullanılır.
  • Fenol-formaldehit reçinesi (bakalit) iyi ısı direncine, boyutsal stabiliteye ve çoğu çözücüye karşı iyi dirence sahiptir. Aynı zamanda iyi dielektrik olma özelliği gösterir. Bu malzeme tipik olarak dielektrik özelliklerinin kullanıldığı kalıplama uygulamalarında, elektrik, radyo, televizyon ve otomotiv parçalarında kullanılır. Diğer bazı kullanımlar şunlardır: emdirik kâğıt, vernikler, duvar kaplamaları için dekoratif laminatlar.
  • Politriazol polimerleri, hem alkin hem de azid fonksiyonel grubu taşıyan monomerlerden üretilir. Monomer birimleri birbirlerine 1,2,3-triazol grubu ile bağlanır. Bu polimerler güçlü bir reçine,[4] veya jel formunda olabilir.[5]

Dallı polimerler

3 veya daha fazla işlevselliğe sahip bir monomer, polimerde dallanmaya neden olur ve düşük dönüşüm oranında bile çapraz bağlı bir makro yapı veya ağ oluşturur. Ağaçsı bir topolojinin çapraz bağlı ağa geçtiği nokta, jel noktası olarak bilinir çünkü viskozitede ani bir değişiklik gerçekleşir.

Kinetiği

Kademeli büyüme polimerizasyonunun kinetiği ve oranları, poliesterifikasyon mekanizması kullanılarak tanımlanabilir. Esterleme, asitin protonasyonundan sonra bir ester ve su üretmek için asidin alkol ile etkileşime girdiği, asit-katalizli bir işlemdir. Bununla birlikte, kinetik modeli basamaklı polimerizasyona uyarlamak için birkaç varsayım gereklidir. İlk varsayım suyun (veya başka bir kondenzasyon ürünü) etkin bir şekilde sistemden uzaklaştırıldığıdır. İkinci varsayım, fonksiyonel grup reaktivitelerinin zincir uzunluğundan bağımsız olmasıdır. Son olarak, her adımın sadece bir alkol ve bir asit içerdiği varsayılmaktadır.

Burada n tepkime derecesini, k reaksiyon hızı sabitini, t ise zamanı temsil eder.

Kaynakça

  1. ^ Polymers: Chemistry and Physics of Modern Materials. 3rd. CRC Press. 2008. 
  2. ^ Polymer Chemistry An Introduction. Marcel Dekker, Inc. 1992. ISBN 978-0-8247-8719-6. 
  3. ^ Encyclopedia of Polymer Science and Engineering. New York: Wiley-Interscience. 1988. 
  4. ^ "Preparation and properties of a novel polytriazole resin". J. Appl. Polym. Sci. 104 (2): 1038-1042. 2007. 
  5. ^ "A novel polytriazole-based organogel formed by the effects of copper ions". Polym. Chem. 4 (12): 3444-3447. 2013. 

İlgili Araştırma Makaleleri

<span class="mw-page-title-main">Polimer</span> tekrar eden yapısal birimlere sahip makromoleküllerden oluşan madde

Polimer, bir veya daha çok monomer türünden türetilen birçok tekrarlayan alt birimden oluşan çok büyük moleküllerden veya makromoleküllerden oluşan bir madde veya malzemedir. Geniş özellik spektrumları nedeniyle, hem sentetik hem de doğal polimerler günlük yaşamda temel ve yaygın roller oynar.

<span class="mw-page-title-main">Epoksi</span>

Epoksi, 'epoksi reçineleri' nin temel bileşenlerinden veya kürlenmiş son ürünlerinden herhangi biri ve ayrıca epoksit fonksiyonel grubun adıdır. Poliepoksitler olarak da bilinen epoksi reçineler, epoksit grupları içeren bir reaktif prepolimer ve polimer sınıfıdır.

<span class="mw-page-title-main">Akrilik elyaf</span> Yalıtkan sentetik elyaf

Akrilik lifler, ortalama molekül ağırlığı ~100.000, yaklaşık 1900 monomer birimi olan polimer'den (poliakrilonitril) yapılan sentetik lifleridir. ABD'de bir elyafa "akrilik" denmesi için, o polimerin en az %85 akrilonitril monomer içermesi gerekir. Tipik komonomerler, vinil asetat veya metil akrilattır. DuPont, 1941'de ilk akrilik elyafları yapmış ve bunları Orlon adıyla tescillemişti.

<span class="mw-page-title-main">Plastik</span>

Plastik; karbon (C), hidrojen (H), oksijen (O), azot (N) ve diğer organik ya da inorganik elementlerin oluşturduğu monomer adı verilen; basit yapıdaki moleküllü gruplardaki bağın koparılarak polimer adı verilen uzun ve zincirli bir yapıya dönüştürülmesi ile elde edilen malzemelere verilen isimdir. Plastik kelimesi, "şekillendirilebilen veya kalıplanabilen" anlamına gelen Yunanca πλαστικός (plastikos) ve "kalıplanmış" anlamına gelen πλαστός (plastos) kelimesinden türetilmiştir.

<span class="mw-page-title-main">Polietilen</span>

Polietilen, çok çeşitli ürünlerde kullanılan bir termoplastiktir. İsmini monomer hâldeki etilenden alır, etilen kullanılarak polietilen üretilir. Plastik endüstrisinde genelde ismi kısaca PE'dir.

<span class="mw-page-title-main">Polipropilen</span>

Polipropilen, otomotiv sanayiinde kullanılan parçalardan, tekstil ve yiyecek paketlemesine kadar çok geniş kullanım alanı olan termoplastik bir polimerdir. Monomer propilenin polimer hâle getirilmesi ile elde edilen polipropilen organik solventlere, asit ve bazlara karşı aşırı derecede dirençlidir.

Polistiren, monomer hâldeki stirenden polimerizasyon ile üretilen bir polimerdir. Petrolden elde edilir. Plastik endüstrisinde daha çok PS kısaltması ile kullanılır. Oda sıcaklığında, polistiren katı halde bir termoplastiktir, enjeksiyon veya ekstrüzyon yolu ile işlenirken yüksek sıcaklıklarda eriyik hâle getirilir. Daha sonra soğutularak tekrar katılaşması sağlanır.

<span class="mw-page-title-main">Polyester</span>

Poliester, ana zincirlerinin her tekrar biriminde ester işlevsel grup içeren polimerlerin bir kategorisidir.

<span class="mw-page-title-main">HDPE</span> polietilen malzeme

HDPE, petrolden elde edilen, yüksek yoğunluklu polietilen malzemedir. İsmi İngilizce karşılığı olan "High Density Polyethylene" teriminin kısaltmasından gelmektedir. Sanayi ve imalat sektöründe genelde bu isim kullanılmaktadır. Yaklaşık olarak, 1.75 kg. petrolden, 1 kg. HDPE hammadde elde edilir.

<span class="mw-page-title-main">Naylon</span>

Naylon, İngilizce Nylon sözcüğünden türetilmiş isim. Kimyasal adı polihekzametien adipamid'dir.

<span class="mw-page-title-main">Poliüretan</span> karbamat (üretan) bağlantılarıyla birleştirilen organik birimler zincirinden oluşan polimer

Poliüretan, karbamat bağlantıları ile birleştirilen organik üniteler zincirinden oluşan bir polimerdir. Esnek ve esnemeyen köpükler, dayanıklı elastomerler ve yüksek performanslı yapıştırıcılar, sentetik lifler, contalar, prezervatifler, halıların alt kısmı ve sert plastik yapımında kullanılırlar.

Monomer, diğer monomer molekülleri ile birlikte reaksiyona girerek daha büyük bir polimer zinciri veya üç boyutlu bir ağ oluşturabilen bir moleküldür, bu sürece polimerizasyon adı verilir.

Krom nitrür, CrN formülüne sahip krom ve azotun kimyasal bir bileşiğidir. Çok serttir ve korozyona karşı son derece dayanıklıdır. Azot atomlarının krom kafesteki oktahedral delikleri işgal ettiği bir interstisyel bileşiktir: bu nedenle, kesinlikle bir krom (III) bileşiği değildir ve nitrür iyonları (N3-) içermez. Krom ikinci bir interstisyel nitrür, dikrom nitrür, Cr2N oluşturur.

<span class="mw-page-title-main">Baryum sülfat</span> inorganik bileşik

Baryum sülfat BaSO4 formüllü inorganik bileşik. Bu beyaz kristal katı renksizdir ve suda çözünmez. Barit halinde bulunur.

<span class="mw-page-title-main">Ara yüzey polimerizasyonu</span>

Arayüzey polimerizasyonu basamaklı polimerizasyonun bir türüdür. Arayüzey polimerizasyonunda polimerizasyon birbirine karışmayan iki faz arasında gerçekleşir ve sonucunda bu iki faz arasında polimer oluşur. Çeşitli arayüzey polimerizasyonu tipi vardır ve farklı tipler farklı polimer topolojilerine sebep olabilir. İnce filmler, nanokapsüller, ve nanolifler bu topolojilerden birkaçıdır.

Emülsiyon polimerizasyonu genellikle su, monomer ve yüzey aktif madde içeren bir emülsiyon ile başlayan bir tür radikal polimerizasyondur. En yaygın emülsiyon polimerizasyonu tipi, su içinde yağ emülsiyonu olup, bu polimerizasyon tipinde monomer damlacıkları, su fazı içinde olan yüzey aktif cisimleri ile emülsiyon haline getirilir. Bazı polivinil alkoller veya hidroksietil selüloz gibi suda çözünen polimerler, emülsiyonlaştırıcı/stabilizatör olarak kullanılabilir. "Emülsiyon polimerizasyonu" adı, tarihsel bir yanlış anlamadan kaynaklanan, hatalı bir adlandırmadır. Polimerizasyon aslında emülsiyon damlacıklarında meydana gelmez, işlemin ilk birkaç dakikasında kendiliğinden oluşan lateks/kolloid parçacıklarında gerçekleşir. Bu lateks partikülleri tipik olarak 100 nm büyüklüğünde olup birçok polimer zincirinden oluşurlar. Her partikül yüzey aktif madde ('sabun') ile çevrili olduğu için partiküllerin birbiriyle pıhtılaşması önlenir; yüzey aktif maddenin üzerindeki elektrik yükü diğer partikülleri elektrostatik olarak iter. Sabun yerine suda çözünür polimerler stabilizatör olarak kullanıldığında, parçacıklar arasındaki itme, suda çözünür polimerlerin parçacığın üzerinde diğer parçacıkları iten bir 'tüylü tabaka' oluşturması ile olur. Bunun nedeni parçacıkları bir araya getirmenin tüylü tabakadaki polimer zincirlerinin sıkıştırılmasını gerektirmesidir.

Poliol çoklu hidroksil gruplarını içeren bir organik bileşiktir. "Poliol" teriminin gıda bilimi ile polimer kimyasında kullanımlarında farklı anlamları olabilir. İki hidroksil grubundan daha fazlasına sahip olan molekül polioldur, üç tanelisi; triol ve dörtlüsü; tetroldür. Geleneksel olarak polioller diğer fonksiyonel grupları içeren bileşikleri ifade etmezler.

Adını Karl Ziegler ve Giulio Natta'dan alan bir Ziegler-Natta katalizi, 1-alkenlerin (alfa-olefinler) polimerlerinin sentezinde kullanılan bir katalizdür. Çözünürlükleriyle ayırt edilen iki geniş Ziegler-Natta katalizi sınıfı kullanılır:

Polimer kimyası, polimerlerin ve makromoleküllerin kimyasal sentezine, yapısına ve kimyasal ve fiziksel özelliklerine odaklanan bir kimya alt disiplinidir. Polimer kimyasında kullanılan ilkeler ve yöntemler, organik kimya, analitik kimya ve fiziksel kimya gibi çok çeşitli diğer kimya alt disiplinleri aracılığıyla da uygulanabilir. Pek çok malzeme tamamen inorganik metaller ve seramiklerden DNA ve diğer biyolojik moleküllere kadar polimerik yapılara sahiptir, ancak polimer kimyası tipik olarak sentetik, organik bileşimler bağlamında anılır. Sentetik polimerler, genellikle plastik ve kauçuk olarak adlandırılan, günlük kullanımdaki ticari malzemeler ve ürünlerde her yerde bulunur ve kompozit malzemelerin ana bileşenleridir. Polimer kimyası, her ikisi de polimer fiziği ve polimer mühendisliğini kapsayacak şekilde tanımlanabilen daha geniş polimer bilimi veya hatta nanoteknoloji alanlarına da dahil edilebilir.

Genellikle polimer malzemeleri tasarlayan, analiz eden ve değiştiren bir mühendislik alanıdır. Polimer mühendisliği, petrokimya endüstrisi, polimerizasyon, polimerlerin yapısı ve karakterizasyonu, polimerlerin özellikleri, polimerlerin birleştirilmesi ve işlenmesi ve ana polimerlerin tanımı, yapı özellik ilişkileri ve uygulamalarının yönlerini kapsar.


Bu sayfa, bu Vikipedi makalesine dayanmaktadır.
Metin, CC BY-SA 4.0 lisansı altında mevcuttur; ek koşullar uygulanabilir.
Görseller, videolar ve sesler kendi lisansları altında mevcuttur.