Polimerlerin tarihsel gelişimi:

Dünya'da sınırlı olan malzeme kullanımı bilim ve teknolojideki yeni gelişmeler sonucunda çeşit ve kalite yönünden büyük gelişmeler göstermiştir. Bu malzemelerden biri ve belki de en önemlisi plastiklerdir. Plastikler son 20 yılda önemi giderek artmakta ve daha yaygın bir kullanım alanı bulmaktadır.

Plastiğe bu özelliği veren faktörler ise;

• Hafiflik
• Yüksek kimyasal dayanıklılık
• Yalıtkanlık (elektrik, ısı ve ses)
• Hijyen
• Yüksek esneklik ve darbe mukavemeti
• Yüksek tokluk
• Optik özellikler (şeffaflık)
• Kolaylıkla işlenebilirlik (şekillendirilebilme)
• Özelliklerin istekler doğrultusunda değiştirilebilmesi
• Düşük maliyet (hammadde ve imalat)
• Kolay dizayn edilebilme
• Atmosferik koşullara dayanım

Ancak plastiklerin mekanik özelliklerinin metallerden düşük olması kullanımını sınırlandırmışsa da yeni yöntem ve tekniklerin gelişmesi sonucunda plastiklerin mekanik özellikleri artırılarak daha geniş bir kullanım alanı bulmuş ve gün geçtikçe de yeni kullanım alanları bulmaktadırlar.

Polimerlerin birinci büyük grubu olan plastiklerin ilk ürünü 1868'de Amerika'da John Wesley Hyatt tarafından üretilen selüloiddir. Araştırmacı, pamuk selülozunun nitrik asit ve kamfor ile etkileştirerek plastik teknolojisinin ilk ürünü olan bu yarı sentetik polimeri hazırlamıştır. Yeryüzünde önemli bir rezerve sahip olan selülozun bu yeni şekli ilk yıllarda bilardo topu, fotoğraf filmi vb. Gibi malzemelerin yapımında kullanılmıştır.

Amerikalı bilim adamı Leo Hendrick Baekeland, 1907'de tamamen sentetik ilk polimer olan fenol-formaldehit reçinelerinin üretimini başarmıştır. Bakalit adıyla anılan bu polimer ilk yıllarda telefon ahizeleri gibi birçok plastik parçaların üretiminde değerlendirilmiştir.

Hermann Staudinger'in, 1921'de "makromolekül hipotezini" ileri sürmesiyle, polimer teknolojisi önemli bir ufuk kazanmıştır. Doğal kauçuğun ve polistirenin, küçük birimlerin bir arada bulunduğu uzun zincirli moleküllerden oluştuğunu ileri sürerek polimer üretiminin deneme yanılma yaklaşımından kurtulmasına neden olan araştırmacı, bu çalışmalarıyla Nobel ödülü almıştır. Makromolekül hipotezi sonraki yıllarda birçok polimerin üretimine ışık tutmuştur. 1927'de selüloz asetat ve polivinil klorür, 1928'de polimetilmetakrilat, 1929'da üre-formaldehit reçineleri üretilmiştir. Aynı yıllarda üretilen polisülfit (thiokol) kauçuğu ilgi ile karşılanmıştır.

II. Dünya savaşı, polimer teknolojisinde inanılmayacak kadar hızlı bir gelişmeye neden olmuştur. Örneğin 1941 - 1946 yılları arasında stiren - bütadien kauçuğunun üretimi 0 kg'dan 700.000 ton'un üzerine çıkmıştır.

Savaş sonrası yıllarda yeni polimerlerin sentezi daha da hızlanarak devam etmiştir. 1947'de epoksi reçineleri, 1948'de Akrilonitril - Bütadien - Stiren termopolimeri (ABS) sentez edilmiştir. Gelişmenin sayısal olarak örneklendirilmesi için ABD'de 1930'da yalnızca yılda 23.000 ton olan plastik üretimi 1949'da 570.000 ton / yıl değerine ulaşmıştır.

Son yıllarda, özellikle ısıl ve mekanik dayanıklılığa sahip poliimid, poliarilsülfonlar, poliarilamid'ler, polifenilsülfit, polibütiltereftalat, polietereterketon, polifenil vb. gibi önemli plastikler geliştirilmiştir. 1979'da ABD'de plastik üretimi 19 milyon ton /yıl değerini aşarak ilk defa çelik üretiminin üzerine çıkmış ve bu tarih ABD'de plastik çağının başlangıcı olarak kabul edilmiştir. Son 10 yıl içinde polimer teknolojisindeki gelişmeyi örneklemek için yine ABD'deki değerlerden yararlanılabilir.

Günümüzde tüketilen farklı plastik türlerinin sayısı fazla olmakla birlikte, içlerinden bazıları büyük tonajlarda üretilmekte ve bunlar "genel amaçlı plastikler " (commodity plastics) olarak tanımlanmaktadır. Genel amaçlı plastiklerin üretim miktarları istatiksel verilerde sadece bu plastikler dikkate alınmaktadır. Diğerlerine kıyasla çok daha fazla olduğundan, genellikle genel amaçlı plastikler arasında "alçak ve yüksek yoğunluklu polietilen (kısaca AYPE ve YYPE), polipropilen (PP), polistiren (PS) ve polivinilklorür (PVC) bulunmaktadır. Bunlara, kısaca beş kardeşler de denilmektedir. Bu listeye, zaman zaman akrilonitril - bütadien - stiren üçlü kopolimeri (terpolimer, abs) ile stiren - akrilonitril kopolimeri (SAN) de dahil edilmektedir.

PET (polietilen tereftalat), ambalaj malzemesi olarak PET şişe adıyla kullanıla bildiği gibi yüksek güçte iyi elektriksel özellikleri olan karakteristik elyafların veya yönlendirilmiş filmlerin üretiminde kullanılmaktadır. Aynı zamanda, bilgisayar ve video teyp bantlar, fotoğraf filmleri, x-ışınları filmleri PET'in önemli kullanım alanlarıdır.

1994 yılı itibari ile polimer maddeleri yıllık tüketimi, tüm dünya ülkeleri için, 150 milyon ton/yıl'dan fazladır.

Ülkemizde tüketim, yaklaşık olarak bu miktarın yüzde biri kadardır. Bu miktarın, 2000' li yıllarda dünya için 200 milyon tonu aşması beklenmektedir ve bunun yanında polimer uygulama alanları giderek çeşitlenmektedir.

İleri polimerik malzemeler:

İleri malzeme, geleneksel malzeme sınıfına girebilecek malzemeler, geliştirilen bir süreç tasarımıyla, bilimsel esaslara dayalı bir modifikasyonla, ileri bir yöntemle ileri malzeme nitelemesine uygun hale getirilmesidir. İleri malzemeler, yüksek performans özellikleri gösteren malzemeler olarak da adlandırılmaktadır. Bir başka tanıma göre ise; ileri malzemeler, son 20 yılda sanayide uygulamaya konulan malzemeler olarak nitelendirilmektedir.

İleri teknolojileriyle gelişen işlevleri, uygulamaları ve nitelikleriyle bu malzemeler grubunu şu şekilde sıralamak mümkündür.

Kompozit malzemeler

• Polimerik esaslı kompozit malzemeler
• Metalik esaslı kompozit malzemeler
• Seramik esaslı kompozit malzemeler

Polimerik malzemelerin tarihi gelişimine baktığımız vakit başlangıçta doğal polimerlerin modifikasyonu ile uğraşılmıştır. Özellikle selülozun modifikasyonu tarihi gelişim sürecinde önemli yer tutmaktadır;

• 1846'da ilk defa Schöbein nitro selülozu sentezledi. Patlayıcı madde olarak kullanıldı.
• 1865'te Schutzenberg selüloz asetatı, 1907'de Baekland bakalit adı verilen fenol-formaldehit reçinesini sentezledi. Isı ve basınç uygulayarak sertleştirdi.
• Bakalit adı ile patent aldı. İlk sentetik polimerik madde oldu. 1926'da Svendberg polioksimetilen (poliasetal) ve ultrasantrifüj yöntemi ile molekül ağırlığını belirledi.
• 1927'de Basf, Bayer, Hoecsth firmalarının araştırmaları sonucu polistiren polimetilmetakrilat vs. Polimerik maddeleri sentezlediler.
• 1950'li yıllara kadar yüksek molekül ağırlıklı maddelere makromolekül denmekte idi. Ancak 1950'li yıllardan sonra yeni bir adlandırma ile polimer adı verildi.
• 1950'li yıllardan sonra yapılan ve sentez yöntemleri belirlenen polimerik malzemeler çağa sentetik maddeler çağı olarak damgasını vurdu ve sürekli gelişen bir malzeme oldu.

İleri mühendislik malzemeleri olarak tanımlanan sentetik polimerik maddeleri 9 bölüm altında sıralamak mümkündür.

• 1- Termoplastikler
  • A) Genel amaçlı ticari plastik
  • B) Mühendislik plastikleri
    • Genel amaçlı mühendislik plastikleri
    • yüksek performanslı mühendislik plastikleri
• 2- Karışımlar (blend) ve alaşımlar (alloy)
  
• 3- Sıvı kristal polimerler
  
• 4- Floruplastikler
  
• 5- Sentetik fiberler
  
• 6- Termosetler
  
• 7- Termoplastik elastomerler
  
• 8- Yüksek performans gösteren elastomerler
  
• 9- Ambalaj malzemesi olarak kullanılan plastikler

Katkı, dolgu, takviye nedir? Ne amaçla kullanılır?

• Katkı
  • Organik maddelerdir.
  • Dayanım ile ilgili olmayan özellikleri değiştirirler; Aşınma Mukavemeti, Alev Geciktiricilik, Renk, Bozunma Mukavemeti, İşlenebilirlik
• Dolgu
  • İnorganik maddelerdir
  • Amaç, plastiği ucuzlatmaktır.
• Takviye
  • İnorganik maddelerdir.
  • Bazı fiziksel özellikleri düzeltmek amacıyla kullanılırlar.
  • Madde, polimer matrisine kimyasal olarak bağlanır.
  
  

Hangi Katkı, Neden?

Neden Dolgu?

Neden Takviye?

Polimerlerin Modifikasyonu

Farklı özellikler elde etmek ya da bazı özellikleri geliştirmek için polimerler çeşitli yöntemlerle "modifiye" edilirler.

• Karışımlar (Blends)
• Homopolymer - Copolymer
• Katkılar (Additives - Modifiers)

Karışımlar (Blends)

Farklı özelliklerdeki polimerler fiziksel olarak karıştırılırlar.

CoPolymers

İki polimer kimyasal reaksiyon ile birleştirilerek yepyeni bir kimyasal yapı - polimer elde edilir.

Örnekler: SANTOPRENE HIPS SAN ABS

AkrilonitriButadienStren (ABS)

Katkılar / Güçlendiriciler

Polimerlerin çeşitli özelliklerini geliştirmek için farklı katkılar, güçlendiriciler kullanılır.

Darbe Dayanımı artırıcılar (Impact modifiers)

TG: Camsı Duruma Geçiş Sıcaklığı (Glass Transition Temperature) Oda Sıcaklığından düşük olan, elastomer davranışlı polimerler katılır. "Lastiğimsi" davranan katkı maddeleri enerji absorbe etme yeteneğini artırır;

Kauçuk ile Darbe Mukavemeti artışı

	GPPS / SAN Kırılgan Davranış sergiler Çatlak, parça kırılana kadar büyür.	HIPS / ABS Kauçuk partiküller mikro çatlakların ilerlemesini durdurur. Bu esnek bir davranış oluşmasını sağlar

Rijit Güçlendiriciler (Rigid Reinforcements)

• Yüksek elastisite modüllü ve mukavemetli katkılar ile polimerin mukavemeti artırılır, esnekliği azaltılır:
  • Cam elyaf katkılar
  • Mineral katkılar
• Güçlendirici katkılı polimerlerin ısıl genleşme katsayıları düşer.
• Elyaf vb. Anizotropik katkılı polimerlerin genleşme katsayıları akış yönünde ve akışa dik yönde farklıdır.

Stabilizörler (Stabilizers)

• Oksijen Stabilizörü
  • Oxidasyona, hava şartlarında kimyasal degradasyonu yavaşlatır / önler
• Ultraviole Stabilizörü
  • Ultraviole ışınları altında renk değiştirmeyi geciktirici katkılar
• Termal Stabilizör
  • Enjeksiyon sırasında karşılaşılan sıcaklıklar altında degradasyonu önler.
• Hidrolitik Stabilizör
  • PA, PC, PBT vb. Higroskopik polimerlerin nem emme oranlarını azaltır.
• Yanmazlık Katkıları (Flame Retardants)
  • Polimerlerin yanma ve alevlenmeye karşı dirençlerini artıran katkı maddeleri. Klorin, Bromin ve Fosforlu bileşikler.
• Renklendiriciler (Colorants)
  • Natürel renkteki plastiklere istenilen rengi verirler.
• Akışkanlaştırıcılar (Lubricants)
  • Plastiğin enjeksiyon sırasında daha kolay akmasını sağlayan katkı maddeleri
• Anti-Statik Katkılar
  • Parçanın ortamdan toz toplamasını azaltan katkılar
• Nucleating Agents
  • Yarı-Kristalin polimerlerde erime aralığını artırır, kristalleşme oranını artırır.

Kompaund Teknolojisi

Dolgu ve Takviye Malzemelerinin Özelliklere Etkisi