İçeriğe atla

Spherulite yapı

Polimer fiziğinde, sferülitler (Yunanca sphaera = top ve litos = taş) dalsız lineer polimerlerin içindeki küresel yarı kristal bölgelerdir. Oluşumları, polimerlerin eriyikten kristalleşmesi ile ilişkilidir ve çekirdeklenme bölgelerinin sayısı, polimer moleküllerinin yapısı, soğutma hızı vb. gibi çeşitli parametreler tarafından kontrol edilmektedir. Bu parametrelere bağlı olarak sferülit çapı birkaç mikrometreden milimetreye kadar geniş bir aralıkta değişebilmektedir. Sferülitler, bir polimerdeki düzensiz bölgelere kıyasla daha yüksek yoğunluk, sertlik ve aynı zamanda kırılganlık ile sonuçlanan oldukça düzenli lamellerden oluşmaktadır. Lameller, esneklik ve darbe direnci sağlayan amorf bölgelerle birbirine bağlanmaktadır. Lameller içindeki polimer moleküllerinin hizalanması, bir optik mikroskopta çapraz polarizörler arasında kürecikler görüntülendiğinde, bir Malta haçı da dahil olmak üzere çeşitli renkli desenler üreten çift kırılma ile sonuçlanmaktadır.

Formasyon

Bir sferülitin şematik modelidir. Siyah oklar moleküler hizalama yönünü göstermektedir.

Erimiş bir lineer polimer (polietilen gibi) hızla soğutulursa, rastgele hizalanmış, kavisli ve dolaşmış moleküllerinin oryantasyonu donmuş kalır ve katı düzensiz bir yapıya sahiptir. Bununla birlikte, yavaş soğuma üzerine, bazı polimer zincirleri belirli bir düzenli konfigürasyon almaktadır: kristalin lamel adı verilen plakalarda kendilerini hizalarlamaktadır.[1] Eriyikten büyüme, sıcaklık gradyanını takip edecektir (şekle bakınız). Örneğin, gradyan moleküler hizalanma yönüne normal olarak yönlendirilirse, lamel büyümesi düzlemsel bir kristalite doğru yana doğru olmaktadır. Bununla birlikte, termal gradyanın yokluğunda, büyüme radyal olarak meydana gelmektedir ve tüm yönlerde küresel agregalar, yani sferülitler ile sonuçlanmaktadır. Lamellerin en büyük yüzeyleri moleküler bükülmeler ve bükülmeler tarafından sonlandırılmaktadır ve bu yöndeki büyüme düzensiz bölgelere neden olmaktadır. Bu nedenle sferülitler, yüksek derecede düzenli lamel plakalarının amorf bölgelerle kesildiği yarı kristal yapıya sahiptir.[1][2]

Kürelerin boyutu, mikrometreden 1 santimetreye[3] kadar geniş bir aralıkta değişmektedir ve çekirdeklenme tarafından kontrol edilmektedir. Güçlü aşırı soğutma veya kristalizasyon tohumlarının kasıtlı olarak eklenmesi, nispeten çok sayıda çekirdeklenme bölgesi ile sonuçlanmaktadır; o zaman sferülitler çok sayıda ve küçüktür ve büyüme üzerine birbirleriyle etkileşime girmektedir. Daha az çekirdeklenme bölgesi ve yavaş soğuma durumunda, birkaç büyük kürecik oluşmaktadır.[4][5]

Tohumlar, polimerin diğer özelliklerini geliştirmek için eklenen safsızlıklar, plastikleştiriciler, dolgu maddeleri, boyalar ve diğer maddeler tarafından indüklenmektedir. Bu etki tam olarak anlaşılamamıştır ve düzensizdir, bu nedenle aynı katkı maddesi bir polimerde çekirdeklenmeyi teşvik edilmektedir. İyi çekirdekleştirici ajanların çoğu, polimer katılaşmasının katılaşma sıcaklığında kendileri kristal olan organik asitlerin metal tuzlarıdır.[6]

Özellikler

Mekanik

Sferülit boyutuna karşı başarısızlıkta gerinim grafiğidir.

Kürelerin oluşumu, polimer malzemenin birçok özelliğini etkilemektedir; özellikle kristallik, yoğunluk, gerilme mukavemeti ve Young' ın polimer modülü, küreselleştirme sırasında artmaktadır. Bu artış, moleküllerin amorf fazdan daha yoğun bir şekilde paketlendiği kürecikler içindeki lamel fraksiyonundan kaynaklanmaktadır. Lameller içindeki daha güçlü moleküller arası etkileşim, artan sertlikten ve aynı zamanda daha yüksek kırılganlıktan sorumludur. Öte yandan, sferülitler içindeki lameller arasındaki amorf bölgeler malzemeye belirli bir esneklik ve darbe dayanımı kazandırmaktadır.[1]

Polimerlerin mekanik özelliklerinde sferülitlerin oluşumu üzerine değişiklikler, ancak güçlü bir şekilde sferülitlerin boyutuna ve yoğunluğuna bağlıdır. Şekilde temsili bir örnek, sferülit boyutundaki artışla ve dolayısıyla izotaktik polipropilende sayılarındaki azalmayla birlikte kopmadaki gerilmenin hızla azaldığını gösteren şekilde gösterilmiştir. Çekme mukavemeti, akma gerilmesi ve tokluk için benzer eğilimler gözlenmektedir.[7] Kürelerin toplam hacmindeki artış, etkileşimlerinin yanı sıra, kürecikler arasındaki sınırlar boyunca yük altında kırılgan hale gelen ve kolayca çatlayan polimerin büzülmesine neden olmaktadır.[7]

Optik

Polarize mikroskop altında mentol sferülit yapısıdır.

Lamel içindeki polimer moleküllerinin hizalanması, bir optik mikroskopta çapraz polarizörler arasında küreler görüntülendiğinde, çeşitli renkli desenler üreten çift kırılma ile sonuçlanmaktadır. Özellikle, "Malta haçı" olarak adlandırılan, orijinden ayrılan (sağdaki resme bakın), bazen parlak bir merkeze (ön resim) sahip dört koyu dik koniden oluşan genellikle mevcuttur. Oluşumu şu şekilde açıklanabilmektedir. Doğrusal polimer zincirleri, doğrusal polarizörler olarak kabul edilebilmektedir. Yönleri çapraz polarizörlerden birinin yönü ile çakışıyorsa çok az ışık iletilmektedir; zincirler her iki polarizör ile sıfır olmayan bir açı yaptığında iletim artar ve indüklenen iletim kısmen polimerin absorpsiyon özelliklerinden dolayı dalga boyuna bağlıdır.[8][9]

Malta çapraz oluşumunun bir şeması gösterilmiştir. Bu efekt, ön ve sağ resimlerde koyu dikey koniler (Malta haçı) ve aralarındaki renkli daha parlak bölgeler ile sonuçlanır. Bu, kürelerdeki polimer moleküllerinin moleküler ekseninin ya normal ya da yarıçap vektörüne dik olduğunu, yani sferülit merkezinden yarıçapı boyunca kenarına doğru bir çizgi boyunca giderken moleküler yönelimin muntazam olduğunu ortaya koymaktadır. Ancak bu yön dönme açısı ile değişmektedir.[8][9]

Çapraz polarizörler arasında görüntülenen bir mozaik mezojene gömülü sferülitlerdir.

Model, küreciklerin merkezi için farklı (parlak veya koyu) olabilmektedir, bu da tek tek küreciklerin çekirdeklenme tohumlarındaki moleküllerin yanlış yönlendirildiğini göstermektedir. Herhangi bir koyu veya açık nokta, küresel şekil nedeniyle simetrik bir görüntü ile sonuçlanan polarizör ile yapılan açıya bağlıdır.

Çapraz polarizörler arasında görüntülenen bir mozaik mezojene gömülü sferülitlerde küreler kendi düzlemlerinde döndürüldüğünde, karşılık gelen Malta çapraz desenleri değişmedi, bu da moleküler düzenlemenin polar açıya karşı homojen olduğunu göstermektedir. Çift kırılma açısından bakıldığında, sferülitler pozitif veya negatif olabilmektedir. Bu ayrım moleküllerin oryantasyonuna (radyal yöne paralel veya dik) değil, radyal vektöre göre molekülün ana kırılma indeksinin oryantasyonuna bağlıdır. Sferülit polaritesi, kurucu moleküllere bağlıdır, ancak sıcaklıkla da değişebilmektedir.[3]

Kaynakça

  1. ^ a b c Charles E. Carraher; Raymond Benedict Seymour (2003). Seymour/Carraher's polymer chemistry. CRC Press. pp. 44–45. ISBN 0-8247-0806-7.
  2. ^ Ehrenstein and Theriault pp.78,81 Figs. 4.15, 4.19
  3. ^ a b Cornelia Vasile (2000). Handbook of polyolefins. CRC Press. p. 183. ISBN 0-8247-8603-3.
  4. ^ Linda C. Sawyer; David T. Grubb; Gregory F. Meyers (2008). Polymer microscopy. Springer. p. 5. ISBN 0-387-72627-6.
  5. ^ Ehrenstein and Theriault pp.67,83
  6. ^ Georg Menges, Edmund Haberstroh, Walter Michaeli, Ernst Schmachtenberg: Plastics Materials Science Hanser Verlag, 2002, ISBN 3-446-21257-4
  7. ^ a b Ehrenstein and Theriault p.84
  8. ^ a b Ehrenstein and Theriault p.81
  9. ^ a b David I. Bower (2002). An introduction to polymer physics. Cambridge University Press. pp. 133–136. ISBN 0-521-63721-X.

İlgili Araştırma Makaleleri

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

Kristal, billur ya da kesme cam, kimyadaki katı haldeki bir elementin veya bileşiğin, molekül, atom veya iyon yığınlarının (paketinin) kesin geometrik bir yapı göstermesidir.

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

Nişasta, farin veya amidon, suda çözünmeyen, kompleks bir karbonhidrat. Bitkiler tarafından fazla glikozu depolamak için kullanılır. Endüstride tutkal, kâğıt ve tekstil yapımında kullanılır. Gıda sanayisinde kıvamlandırıcı, yemek yapımında sıvıları koyulaştırmakta kullanılır. Çoğunlukla tahıllardan ve patatesten elde edilen tatsız ve kokusuz bir tozdur.

<span class="mw-page-title-main">Malzeme bilimi</span> yeni malzemelerin keşfi ve tasarımı ile ilgilenen disiplinlerarası alan; öncelikli olarak katıların fiziksel ve kimyasal özellikleriyle ilgilidir

Malzeme bilimi, malzemelerin yapı ve özelliklerini inceleyen, yeni malzemelerin üretilmesini veya sentezlenmesini de içine alan disiplinlerarası bir bilim dalıdır.

<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.

<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.

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

Sıvı kristaller, sıvıların ve katı kristallerin özellikleri arasında özelliklere sahip olan kimyasal maddelerdir. Örneğin, bir sıvı kristal (SK) bir sıvı gibi akar ama molekülleri bir kristalinki gibi yönlüdür. Çeşitli sıvı kristal fazları vardır, bunlar çiftkırılım gibi optik özellikleri ile tanımlanırlar. Polarize ışıkla mikroskop altında incelendiklerinde farklı sıvı kristal fazları farklı kristal dokular gösterir. Bunlar SK moleküllerinin farklı yönlü oldukları bölgelere karşılık gelir. Bu bölgelerin her birinde moleküller aynı doğrultuya sahiptirler. SK malzemeler her zaman sıvı kristallik göstermezler.

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

Polarizasyon dalganın hareket yönüne dik gelen düzlemdeki salınımların yönünü tanımlayan yansıyan dalgaların bir özelliğidir. Bu kavram dalga yayılımı ile ilgilenen optik, deprembilim ve uziletişim gibi bilim ve teknoloji sahalarında kullanılmaktadır. Elektrodinamikte polarizasyon, ışık gibi elektromanyetik dalgaların elektrik alanının yönünü belirten özelliğini ifade eder. Sıvılarda ve gazlarda ses dalgaları gibi boyuna dalgalar polarizasyon özelliği göstermez çünkü bu dalgaların salınım yönü uzunlamasınadır yani yönü dalganın hareketinin yönü tarafından belirlenmektedir. Tersine elektromanyetik dalgalarda salınımın yönü sadece yayılımın yönü ile belirlenmemektedir. Benzer şekilde katı bir maddede yansıyan ses dalgasında paralel stres yayılım yönüne dik gelen bir düzlemde her türlü yönlendirmeye tabi olabilir.

Organik güneş pili veya organil güneş hücresi, Güneş'ten gelen ışığı aktif polimer tabakası ile absorbe eden ve doğrudan elektrik enerjisine çeviren bir cihazdır. İnorganik güneş hücrelerinden farklı olarak geniş yüzeylere kaplanabilmesi, düşük maliyetli olması ve kolay üretilebilmesinin yanı sıra organik kimyasındaki gelişmelere paralel olarak daha farklı özellikler kazandırılabilinir olması bu teknolojinin cazibelerindendir. Aktif polimer tabakası güneşten gelen ışığı absorbe edip elektron ve hol (boşluk) çiftleri (exciton) oluşturur. Yükler ayrıştıktan sonra elektronlar bir elekroda (katot), holler ise diğer elektroda (anot) doğru yol alırlar. Bu şekilde akım ve voltaj üretilir.

Kristalleşme, bir eriyikten ya da nadiren direkt olarak bir gazdan, çökeltme yoluyla katı kristal yaratma sürecidir. Kristalleşme ayrıca, bir saf katı kristal fazının ortaya çıktığı büyük miktarda erimiş madde transferini içeren bir kimyasal katı-sıvı ayırma tekniğidir. Kimya mühendisliğinde kristalleşme bir kristalizör olarak ortaya çıkar. Kristalleşme bu nedenle kimyasal reaksiyon sonucu çökelme ile karşılaştırılınca, bir çözücü içindeki çözünen maddenin çözünebilirlik koşullarının değişmesiyle elde edilen bir çökelti görünüşündedir (durumundadır).

<span class="mw-page-title-main">X ışını kristalografisi</span> bir kristalin atomik veya moleküler yapısını belirlemek için kullanılan, sıralanmış atomların gelen X-ışınları demetinin belirli yönlere kırılmasına neden olduğu teknik

X ışını kristalografisi bir kristalin atomik ve moleküler yapısını incelemek için kullanılan ve kristalleşmiş atomların bir X-ışını demetindeki ışınların kristale özel çeşitli yönlerde kırınımı olayına dayanan, bir yöntemdir. Kırınıma uğrayan bu demetlerin açılarını ve genliklerini ölçerek bir kristalografi uzmanı kristaldeki elektronların yoğunluğunun üç boyutlu bir görüntüsünü elde edebilir. Bu elektron yoğunluğundan kristaldeki atomların kimyasal bağları, kristal yapıdaki düzensizlikler ve bazı başka bilgilerle birlikte ortalama konumları tespit edilebilir.

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.

<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.

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:

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

Polilaktik asit veya polilaktit (PLA) omurga formülü (C3H4O2)n ya da [–C(CH3)HC(=O)O–]n olan, su kaybı ile laktik asit C(CH3)(OH)HCOOH yoğunlaştırmasıyla (dolayısıyla adı) elde edilmiştir. Ayrıca temel tekrarlayan birimin döngüsel dimeri olan laktit [–C(CH3)HC(=O)O–]2 'in halka açma- polimerizasyonu ile de hazırlanabilir.

Seçici lazer sinterleme (SLS), CO2 lazeri kullanılarak metal ya da alaşım tozlarının yanı sıra, polistren gibi plastik malzemeler, poliamid (naylon) veya seramik malzemelerin seçici olarak sinterlenmesiyle bir ürünün ilk halini oluşturan eklemeli bir üretim sürecidir.

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.

Polimerlerin kristalizasyonu, moleküler zincirlerinin kısmi hizalanmasıyla ilişkili bir işlemdir. Bu zincirler birlikte katlanır ve sferülit adı verilen daha büyük küresel yapılar oluşturan lamel adı verilen düzenli bölgeler oluşturmaktadır. Polimerler, erime, mekanik gerdirme veya çözücü buharlaşmasından soğutma üzerine kristalleşebilmektedir. Kristalleşme, polimerin optik, mekanik, termal ve kimyasal özelliklerini etkilemektedir. Kristallik derecesi farklı analitik yöntemlerle tahmin edilmektedir ve genellikle "yarı kristal" olarak adlandırılan kristalize polimerlerle tipik olarak %10 ile %80 arasında değişmektedir. Yarı kristalli polimerlerin özellikleri, sadece kristallik derecesi ile değil, aynı zamanda moleküler zincirlerin boyutu ve yönü ile de belirlenmektedir.

Polimer bazlı pil, dökme metaller yerine organik malzemeler kullanır. Metal bazlı piller, sınırlı kaynaklar, olumsuz çevresel etki ve yaklaşan ilerleme sınırı nedeniyle zorluklar yaşamaktadır. Redoks aktif polimerler, sentezlenebilmeleri, kapasiteleri, esneklikleri, hafiflikleri, düşük maliyetleri ve düşük toksisiteleri nedeniyle cazip seçeneklerdir.


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.