İçeriğe atla

Polyester

Poliesterleri tanımlayan (mavi) ester grubu.
Poliester gömleğin yakından görünüşü
SEM yedi lob kesitli yüksek yüzeyli poliester elyafın bükülme resmi

Poliester, ana zincirlerinin her tekrar biriminde ester işlevsel grup içeren polimerlerin bir kategorisidir.[1]

Özel bir malzeme olarak, en çok polietilen tereftalat (PET) adı verilen bir türle ilgilidir.

Poliesterler, bitki ve böcek gibi doğada bulunan canlıların kimyasalların ve polibütirat, polikarbonat vb. içeren sentetik poliesterlerin geniş bir ailesidir.

Doğal poliesterler ve birkaç sentetik olanı biyobozunurdur ancak çoğu sentetik poliester değildir.

Poliester lifleri bazen harmanlanmış özelliklere sahip kumaş üretmek için doğal liflerle birlikte eğrilir. Pamuk-poliester karışımları güçlü, kırışmaya ve yırtılmaya karşı dayanıklıdır ve çekmeyi azaltır. Poliester kullanılan sentetik elyaflar, bitki türevi elyaflara kıyasla daha çok suya, rüzgara ve çevreye dirençlidir. Daha az yangına dayanıklıdır ve tutuştuğunda eriyebilir.[2]

Sıvı kristal poliesterler, sanayide kullanılan ilk sıvı kristal polimerler arasındadır. Mekanik özellikleri ve ısıya dayanıklılığı için kullanılır. Bu özellikler, jet motorlarında aşındırılabilir conta uygulamalarında da önemlidir.[3]

PET, termoplastik poliesterlerin en önemlilerindendir.

İlk sentetik poliester olan gliserin ftalat su geçirmezlik özelliği elde etmek için I. Dünya Savaşı’nda kullanılmıştır. Doğal poliesterler 1830’lu yıllardan beri bilinmektedir.

Poliester kelimesinin yaygın kullanımı poliester liften gelen kumaşı belirtir.

Sentetik poliesterler giyimde yaygın kullanılır. Poliester giysiler, doğal liflerle karşılaştırıldığında, daha az doğal hissedilir. Poliester lifleri sıklıkla pamuk lifleri ile beraber, daha iyi özellikli giysiler üretmekte kullanılır.

Tipler

Suya dayanıklı poliester üzerine bir damla su

Poliesterler, özellikle emtia plastikleri arasında sayılan PET tarafından yönlendirilen, ekonomik açıdan en önemli polimer sınıflarından biridir; 2000 yılında dünya çapında yaklaşık 30 milyon ton üretildi.[4] Poliester ailesinde, R grubunun değişen doğasına bağlı olarak çok çeşitli yapılar ve özellikler vardır (mavi ester grubu ile ilk şekle bakınız).[1]

Doğal

Doğada bulunan poliesterler, omega hidroksi asitleri ve bunların türevlerinden oluşan, ester bağları yoluyla birbirine bağlanan, belirsiz boyutta poliester polimerleri oluşturan Kütikulaların cutin bileşenini içerir. Poliesterler ayrıca yeraltı kuluçka hücreleri[5] için selofan-benzeri bir poliester astar salgılayan Colletes cinsindeki arılar tarafından da üretilir ki bu yüzden onlara "poliester arıları" takma adı verilmiştir.[6]

Sentetik

Sentetik poliester ailesi[1]

  • Lineer alifatik yüksek moleküler ağırlıklı poliesterler (Mn >10,000) düşük erime noktalı (m. p. 40 – 80 °C) yarı kristalli polimerlerdir ve nispeten zayıf mekanik özellikler sergilerler. Hidrolitik kararsızlıklarından kaynaklanan doğal bozunabilirlikleri, onları olası bir çevresel etkinin söz konusu olduğu uygulamalar, örn. ambalaj, tek kullanımlık ürünler veya tarımsal malç filmleri[7]⁠ veya biyomedikal ve farmasötik uygulamalarda kullanılır.[8]

⁠* Alifatik lineer düşük molar kütleli (Mn < 10,000) hidroksi sonlu poliesterler, poliüretan üretimi için makromonomer olarak kullanılır.

  • Aşırı dallanmış poliesterler, özellikle düşük viskoziteleri, iyi çözünürlükleri ve yüksek işlevsellikleri nedeniyle[9] termoplastiklerde reoloji değiştiricileri veya kaplamalarda çapraz bağlayıcı olarak kullanılır.[10]
  • Poli(etilen tereftalat) ve poli(bütilen tereftalat) dahil olmak üzere alifatik-aromatik poliester, yüksek eriyen yarı kristal malzemedir (m. p. 160–280 °C) ve mühendislik termoplastiği, lif ve film olarak kullanılır.
  • Tamamen aromatik lineer kopoliesterler üstün mekanik özellikler ve ısı direnci sunar ve bir dizi yüksek performanslı uygulamada kullanılır.
  • Doymamış poliesterler çok işlevli alkollerden ve doymamış dibazik asitlerden üretilir ve daha sonra çapraz bağlanır; kompozit malzemelerde matris olarak kullanılırlar. Alkid reçineleri, çok işlevli alkollerden ve yağ asitlerinden yapılır ve oksijen varlığında çapraz bağlanabildikleri için kaplama ve kompozit sanayiinde çok kullanılır.

Ayrıca termoplastik poliester elastomerler (ester TPE'ler) olarak adlandırılan kauçuk-benzeri poliesterler de vardır. Doymamış poliesterler (UPR) ısıyla sertleşen reçinelerdir. Sıvı halde döküm malzemeleri, levha kalıplama bileşiklerilerinde, fiberglas laminasyon reçineleri ve metalik olmayan oto gövde dolgu maddelerinde kullanılırlar. Ayrıca pre-preglerde termoset polimer matrisi olarak da kullanılır. Camelyaf takviyeli doymamış poliester, yat gövdelerinde ve otomobil gövde parçaları olarak geniş uygulama alanı bulur.

Kimyasal yapısına bağlı olarak, poliester termoplastik veya termoset olabilir. Sertleştiricilerle kürlenen poliester reçineler de vardır; ancak en yaygın poliesterler termoplastiklerdir.[11]

OH grubu, isteğe bağlı olarak pigmentli olabilen kaplamalar üreten 2 bileşenli bir sistemde bir İzosiyanat fonksiyonel bileşiği ile reaksiyona sokulur. Termoplastik olarak poliesterler ısı uygulandıktan sonra şekil değiştirebilirler. Yüksek sıcaklıklarda yanıcı olmalarına rağmen, poliesterler alevlerden büzülme ve tutuşma üzerine kendiliğinden sönme eğilimindedir. Poliester elyaflar, diğer endüstriyel elyaflara kıyasla yüksek dayanıklılık ve E-modülü ve ayrıca az su emme ve minimum büzülmesi vardır.

Poliesterlerin aromatik kısımlarının arttırılması onların cam geçiş sıcaklığı, erime sıcaklığı, ısıl değişmezlik, kimyasal değişmezlik ve solvent direncini arttırır.

Poliesterler ayrıca polikaprolakton diol (PCL) ve polietilen adipat diol (PEA) gibi telekelik oligomerler de olabilir. Daha sonra prepolimerler olarak kullanılırlar.

Uygulamaları

  • Kumaş üretimi için lifler (ve mikrolifler)
  • Şişeler
  • Film şeritler
  • Fotoğraf filmleri
  • Yaygın olarak kullanılan camla güçlendirilmiş (fiberglas) kompozit malzeme ve diğer kompozit malzemeler
  • LCD (likit kristal ekran)
  • Hologramlar
  • Filtreler
  • Sığaçlar için dielektrik film ve teller için yalıtım filmi ve yalıtım bandı
  • Halı
  • Sütür

Jet motorlarında aşınma contası olarak kullanılırlar.

Termoset polyester reçineler genellikle döküm malzemeleri olarak kullanılırlar, fiberglas kaplanmış reçineler ve metalik olmayan oto gövde dolguları gibi. Birçok uygulamada, polimerizasyon ve çapraz bağlar, metil etil keton peroksit veya benzol peroksit gibi organik peroksit içeren ısıveren (ekzotermik) tepkime başlatırlar.

Kaynakça

  1. ^ a b c Köpnick H, Schmidt M, Brügging W, Rüter J, Kaminsky W (June 2000). "Polyesters". Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Weinheim, Germany: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. 
  2. ^ Mendelson, Cheryl (17 Mayıs 2005). Home Comforts: The Art and Science of Keeping House. Simon and Schuster. ISBN 9780743272865. 8 Temmuz 2022 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 8 Temmuz 2022. 
  3. ^ "Thermal Spray Abradable Coatings". www.gordonengland.co.uk. 20 Ocak 2020 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 12 Aralık 2018. 
  4. ^ Kaynak hatası: Geçersiz <ref> etiketi; :1 isimli refler için metin sağlanmadı (Bkz: )
  5. ^ Hefetz, A., et al. (1979). Natural polyesters: Dufour's gland macrocyclic lactones form brood cell laminesters in Colletes bees. 8 Temmuz 2022 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi. Science 204(4391), 415-17.
  6. ^ Eveleth, R. and D. Chachra. Can Bees Make Tupperware? 22 Ekim 2013 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi. Scientific American December 19, 2011.
  7. ^ Kong X, Qi H, Curtis JM (August 2014). "Synthesis and characterization of high-molecular weight aliphatic polyesters from monomers derived from renewable resources". Journal of Applied Polymer Science. 131 (15): 40579-40586. doi:10.1002/app.40579. 
  8. ^ Park HS, Seo JA, Lee HY, Kim HW, Wall IB, Gong MS, Knowles JC (August 2012). "Synthesis of elastic biodegradable polyesters of ethylene glycol and butylene glycol from sebacic acid". Acta Biomaterialia. 8 (8): 2911-8. doi:10.1016/j.actbio.2012.04.026. PMID 22522011. 
  9. ^ Gurunathan T, Mohanty S, Nayak SK (January 2016). "Hyperbranched polymers for coating applications: a review". Polymer-Plastics Technology and Engineering. 55 (1): 92-117. doi:10.1080/03602559.2015.1021482. 
  10. ^ Testud B, Pintori D, Grau E, Taton D, Cramail H (2017). "Hyperbranched polyesters by polycondensation of fatty acid-based AB n-type monomers". Green Chemistry. 19 (1): 259-69. arXiv:1911.07737 $2. doi:10.1039/C6GC02294D. 
  11. ^ Rosato DV, Rosato DV, Rosato MV (2004). Plastic product material and process selection handbook. Elsevier. s. 85. ISBN 978-1-85617-431-2. 3 Nisan 2022 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 8 Temmuz 2022. 

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">Lif</span> Uzun, ince filamentlerden yapılan doğal ya da sentetik madde

Lif veya elyaf, her türlü maddeyi oluşturan ince ve uzun parçalar, ipliksi yapılar. Bir iplik içindeki pamuk lifleri, yalıtım amacıyla kullanılan cam lifleri ve canlılarda kasları oluşturan kas lifleri bu tür malzemelere örnek olarak verilebilir. Tekil hali "lif", çoğulu "elyaf" olan sözcük Arapça kökenlidir.

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

Polietilen tereftalat [bazen poli(etilen tereftalat) olarak da yazılır.] Eskiden PETP veya PET-P olarak veya genellikle en yaygın PET veya PETE olarak kısaltılan polyester ailesi reçinelerinden bir termoplastik polimer reçinedir. Genelde giysiler için elyaflarda, sıvılar ve gıdalar için kaplarda, üretim için termoformda ve mühendislik reçineleri için cam elyafla birlikte kullanılır.

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

Termoplastik veya ısıyla yumuşayan plastik belirli sıcaklıkta bükülebilir veya kalıplanabilir hale gelen ve soğuduktan sonra katılaşan bir plastik polimer malzemedir.

Termoset, ısıtıldığında sertleşen ve bu halini sonsuza dek koruyan plastiktir. Termoset, polimerlerin ısıl davranışlarına göre ayrıldığı iki temel gruptan biridir, diğeri de termoplastiktir. Zincir molekülleri arasında bulundurdukları çapraz bağlar aracılığıyla üç boyutlu bir yapı oluşturarak, mekanik etki ve yüklemelere daha duyjitleşirler. Rijitleşmeleri, elastik modülü ve dayanımlarının diğer polimer çeşitlerine göre daha yüksek olmasını sağlar. Termoplastiklerde olduğu gibi yüksek sıcaklıklarda ikincil bağların zayıflaması veya kopması sonucu zincirlerin kayma-dönme hareketlerinden ötürü oluşan elastik-plastik deformasyonlar, termosetlerde görülmez. Çünkü Van der Waals bağlarının yerine çapraz bağların getirmiş olduğu rijitlik sebebiyle, geleneksel termosetlerin plastik şekil değiştirme kabiliyetleri diğer polimerlere göre yok denecek kadar azdır, yani gevrektirler. Gevrek olmaları, bir anlamda kırılma tokluklarının da göreceli olarak düşük olmasının bir sebebidir. Yüksek sıcaklıklarda mekanik özelliklerini korurlar, ısıl stabiliteleri yüksektir. Buna rağmen erimezler, viskoz davranış göstermezler. Eğer çapraz bağların deforme olabilmesine imkân verebilecek şekilde bir ısı artışı olursa, direkt olarak yanmaya başlarlar. Bu özellikleri sebebiyle geri dönüşümleri mümkün değildir. Çekme eğrilerine bakıldığında homojen elastik deformasyon sonucu akma sınırını hemen geçtiklerinde koptukları, kırıldıkları görülür. Bu da plastik deformasyon kabiliyetlerinin ne kadar düşük olduğuna işaret eden bir kanıttır. Termoset polimerler, yalnızca polimerleşme ve olgunlaşma sırasında şekillendirilebilir. Termoset malzemeler polimerizasyon ve olgunlaşma süreçlerini tamamladıktan sonra çapraz bağlı güçlü bir yapı oluştururlar, ısıya ve korozyona dayanımları termoplastik malzemelere göre daha yüksektir. Termoset plastiklere örnek olarak reçineler poliüretan, poliimid, polibütadien ve vulkanize kauçukları verebiliriz, termoplastik ürünlere örnek olarak ise polietilen, polipropilen ve polistireni verebilir. Cam güçlendirici plastikler olarak kullanılan doymamış polyester reçineler de termosetlere bir örnektir. Elastomerlerin çoğu termoset plastiklerdir ancak termoplastik elastomerler de vardır.

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

Cam elyafı (fiberglas), çok ince cam telciklerinden üretilen bir maddedir.

Jelkot, kompozit malzemelerin özellikle cam elyaf takviyeli plastiklerin (CTP), en üst katmanında yer alan ve yüzey görünüm kalitesini artırmanın yanında, CTP ürünün dış ortam performansını sağlayan malzemedir. Genel olarak jelkotlar, epoksi veya doymamış poliester reçinesi esaslıdır.

Karbon elyaf takviyeli plastik veya karbon elyaf takviyeli polimer sağlam, hafif ve pahalı bir çeşit kompozit malzeme, elyaf takviyeli polimerdir. Cam elyafı'ına benzer şekilde bu kompozit yapıya mukavemet veren malzemeye karbon elyafı denilir. Polimer için en çok epoksi kullanılsa da polyester, vinil ester ya da naylon gibi başka maddelerin de kullanıldığı görülebilir. Kevlar veya alüminyum yapılarında karbon, cam gibi diğer güçlendiricilerle birlikte kullanılır. Grafit takviyeli polimer ya da Grafit elyaf takviyeli polimer (GFRP) de karbon elyafıyla takviyeli bu tür yapıları nitelemek için de kullanılır. Cam elyaf takviyeli malzemelerin de GFRP olarak tanımlanabilmesi ve karışıklık yaşanması nedeniyle bu isimlendirme çok sık kullanılmaz. Bazı ürün tanıtımlarında ise kısaca grafit elyafı denilir.

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

Elastomer, yapısında viskozite ve elastisite barındıran polimerdir.

Yapıştırıcı yapışkanlık veya kohezyon ile mekanik, kimyasal, yapışkan bir bütün oluşturmak üzere diğer malzemeleri tutan veya çeken herhangi bir malzeme veya maddedir.

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

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.

Bazen termoplastik kauçuklar olarak adlandırılan termoplastik elastomerler (TPE), hem termoplastik hem de elastomerik özelliklere sahip malzemelerden oluşan bir kopolimerler sınıfı veya fiziksel bir polimer karışımıdır. Elastomerlerin çoğu termoset iken, termoplastiklerin imalatta, örneğin enjeksiyonlu kalıplama yoluyla nispeten kullanımı kolaydır.

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.

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

Kompozit malzeme, önemli ölçüde farklı fiziksel veya kimyasal özelliklere sahip iki veya daha fazla bileşen malzemeden yapılan ve birleştirildiğinde öncekinden farklı özelliklere sahip olan bir malzeme üreten bir malzeme. Bu kurucu malzemeler, oldukça farklı kimyasal veya fiziksel özelliklere sahiptir ve tek tek elemanlardan farklı özelliklere sahip bir malzeme oluşturmak için birleştirilir. Bitmiş yapı içinde, tek tek elemanlar ayrı ve farklı kalarak kompozitleri, karışımlardan ve katı solüsyonlardan ayırmaktadır.

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.

Yeşil kompozitler ya da biyokompozitler olarak da adlandırılır; yenilenebilir kaynaklardan veya biyolojik maddelerden kaynaklanan hem takviyelerden hem de polimer matris fazından oluşan farklı türde biyo-kompozit malzemeler olarak tanımlanmaktadır. Yeşil kompozitler, çok çeşitli takviye elemanı ve matris malzemelerin kullanımına uygun, iyi mukavemet ve boşluklu yapılarından dolayı iyi ses yalıtım özelliğine sahip, kolayca işlenebilen ve yeni üretim teknikleri gerektirmeyen, mikro ya da nano seviyede çalışılabilen, geri dönüştürülebilir, yenilenebilir, sürdürülebilir doğa dostu malzemelerdir. Yakın geçmişte kendini dünyaya kısa bir sürede tanıtan kompozit malzemeler uzay-hava sistemleri, otomotiv, spor eşyaları gibi birçok gündelik alanlarda vazgeçilemez hale gelmiştir. Genellikle kompozit malzemeler, çeşitli biçimlerde tasarlanabilir olmalarına karşın çoğunlukla epoksi, polipropilen, polietilen vs. bir polimer matrise cam, karbon, aramid veya ultra yüksek moleküler ağırlıklı polietilen liflerin takviyesiyle meydana gelmektedirler. Kompozit malzeme kullanımı artmasının avantajı olmasının yanında oluşacak malzeme için tüketilen atıklar sorun oluşturmaktadır. Ayrıca kompozit malzemeler iki farklı malzemeden meydana geliyor olması geri dönüşümünü zorlaştırmaktadır.

Metil etil keton peroksit (MEKP), [(CH3)(C2H5)C(O2H)]2O2 formülüne sahip bir organik peroksittir. MEKP renksiz ve yağımsı bir sıvıdır. Polimerlerin vulkanizasyonunda (çapraz bağlanmasında) yaygın olarak kullanılmaktadır.

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

Polibütilen tereftalat (PBT) bir termoplastik mühendislik polimeridir ve bu yalıtkan olarak elektrik ve elektrikli eşyalar endüstrilerinin içinde kullanılır. Bu bir termoplastik yarı bir polimerdir ve bir polyestere benzerdir. Polibütilen tereftalat solventlere karşı dayanıklıdır, şekillendirme sırasında azıcık küçülür, mekaniksel anlamda güçlüdür, ısı dayanıklılığı 150 °C ve ya cam elyafı ile 200 °C'ye kadar çıkabilir ve yanmaz hâle getirebilmek için alev geciktiriciler ile işlenebilir. Britanyalı Imperial Chemical Industries okulu tarafından geliştirilmiştir.