tarafından Polimerleşme nedir? (Polimerizasyon Nedir?) Mekanizması, türleri, hazırlanması, sınıflandırılması, moduna göre çeşitleri
Polimerleşme diğer adıyla polimerizasyon, çok sayıda monomer molekülünün bir polimer oluşturmak için birlikte reaksiyona girdiği bir süreçtir.
Bir polimerizasyondan üretilen makromoleküller doğrusal veya dallı bir yapıya sahip olabilir. Ayrıca karmaşık, üç boyutlu bir ağın şeklini de alabilirler.
Birkaç farklı polimerizasyon reaksiyonu kategorisi vardır, bunların en önemlileri adım büyüme polimerizasyonu, zincir büyüme polimerizasyonu ve yoğunlaşma polimerizasyonudur.
Polimer, çok büyük moleküllerden oluşan ve sırayla monomer adı verilen birçok yinelenen birimden oluşan bir maddedir.
Polimerleşme (polemerizasyon), bu monomerlerin polimerleri oluşturan makromolekülleri oluşturmak için bir araya geldiği süreçtir.
Monomer stirenin polistiren olarak bilinen polimere polimerizasyonunu detaylandıran bir örnek aşağıda verilmiştir.
Stirenin polimerleşmesi (Stirenin polimerizasyonu)
Reaksiyona giren monomerlerde bulunan fonksiyonel gruplara bağlı olarak, polimerizasyon reaksiyon mekanizmasının karmaşıklığı değişebilir.
En basit polimerizasyon reaksiyonları, serbest radikal reaksiyonu yoluyla alkenlerden polimerlerin oluşumunu içerir.
Ticari açıdan en önemli polimerlerden biri olan polietilen, böyle bir polimerizasyon işlemi ile hazırlanır (burada kullanılan reaktan monomeri etilendir).
Sadece bir tip monomer içeren polimerizasyonlara homopolimerizasyon, birden fazla tip monomer içerenlere ise kopolimerizasyon işlemleri denildiği belirtilebilir.
En basit haliyle polimerizasyon, polimerlerin oluşumuyla sonuçlanan kimyasal bir işlem olarak tanımlanabilir. Basit bir deyişle, temel olarak Polimerizasyonu polimer oluşturma süreci olarak tanımlayabiliriz.
Polimerizasyon meydana geldiğinde, kimyasal reaksiyon yoluyla monomer olarak bilinen daha küçük moleküller, daha büyük moleküller oluşturmak üzere birleştirilir. Bu büyük moleküllerin bir koleksiyonu bir polimer oluşturur.
Polimer terimi genel olarak daha yüksek moleküler kütleye sahip “büyük moleküller” anlamına gelir. Ayrıca makromoleküller olarak da adlandırılırlar.
Polimerler, yukarıda belirtildiği gibi bir yapısal birimler veya monomerler ağının eklenmesiyle oluşur. İlginç olan, bunların reaktif moleküller olması ve genellikle kovalent bağlarla birbirine bağlı olmasıdır.
Bu monomerler, belirli özelliklere sahip bir ürün oluşturmak için uzun bir zincir oluşturmak üzere bir araya gelirler.
Polimerlerin tüm bu oluşum süreci polimerizasyondur. Polietilen ve Naylon 66, polimerlerin bazı örnekleridir.
Polimerleşme mekanizması (Polimerizasyon Mekanizması)
Genel olarak polimerizasyon, başlatma, yayılma ve sonlandırmayı içeren üç adımdan oluşur.
Reaksiyon mekanizmasına gelince, polimerizasyon işlemi esas olarak iki farklı yöntem içerir.
Bunlar, adım büyüme mekanizmasını ve zincir büyüme mekanizmasını içerir.
1.Adım büyüme polimerleşmesi
Kademeli büyüme polimerizasyonunda polimerler, basit monomer birimlerinin fonksiyonel grupları arasındaki bağımsız reaksiyonla oluşturulur.
Adım büyümede, her adım, daha uzun uzunlukta bir molekül oluşturmak için farklı veya aynı uzunluğa sahip iki polimerin bir kombinasyonundan oluşabilir.
Reaksiyon uzun bir süreçtir ve moleküler kütle çok yavaş bir oranda artar. Kademeli büyüme polimerizasyonunun bir örneği, zincir uzatıldığında reaksiyonda bir su molekülünün evrimleştiği yoğuşma polimerizasyonudur.
2.Yoğuşma polimerleşmesi
Yoğuşma polimerizasyonunda, polimerin oluşumu, moleküllerin bir araya getirildiği reaksiyon yoluyla yan ürün olarak bazı küçük moleküllerin kaybı olduğunda meydana gelir.
Oluşan yan ürünler su veya hidrojen klorür olabilir. Poliamid ve proteinler yoğuşma polimerlerine örnektir.
Farklı yoğuşma polimerleşme türleri nelerdir? Örnekler nelerdir?
Poliamidler
Sentetik liflerdir ve naylon çorap olarak adlandırılırlar. Bu polimerler aralarında bir amid bağlantısına sahiptir.
Di-aminlerin di-karboksilik asit ve ayrıca amino asitler ve bunların laktamları ile yoğunlaşma polimerizasyonu bir poliamid oluşturacaktır.
Naylon 66
Bu polimer, heksametilendiaminin adipik asit ile yoğuşma polimerizasyonu ile yüksek basınç ve sıcaklık koşullarında hazırlanır.
Naylon 6
Kaprolaktamın yüksek sıcaklıkta su ile ısıtılmasıyla hazırlanır. Lastik kordonlar, kumaşlar ve halatlar için kullanılır.
Dikarboksilik asitler ve dioller polikondensasyona uğradığında, poliesterler oluşur. Katalizör olarak çinko asetat antimon trioksit kullanılarak 460 k’da bir tereftalik asit ve etilen glikol karışımının ısıtılmasıyla hazırlanır.
Dacron veya terylen, polyesterler için en iyi bilinen örneklerdir. Ayrıca güvenlik kasklarında cam takviye malzemeleri için kullanılırlar.
Fenol-Formaldehit Polimer
Bunlar, katalizör olarak bir asit veya baz varlığında fenolün formaldehit ile yoğuşma polimerizasyonu ile elde edilen eski sentetik polimerlerdir.
Formaldehit ile ısıtıldığında novolak çapraz bağlanmaya uğrar ve Bakalit adı verilen demlenemez satılan bir kütle oluşturur. Taraklar, elektrik anahtarları ve fonograf kayıtları için kullanılırlar.
Melamin – Formaldehit Polimer
Belirli koşullarda melamin ve formaldehitin yoğuşma polimerizasyonu ile oluşur. Kırılmaz çanak çömlek imalatında kullanılırlar.
Zincir Büyümesi Polimerizasyonu
Zincir büyümesi polimerizasyonunda, monomerlerin molekülleri büyük bir zincir oluşturmak üzere bir araya getirilir. Belki aynı tip veya farklı ekleyen monomerler.
Genellikle alkenler, alkadienler ve türevleri kullanılır. Bu modda, zincirlerin uzaması, serbest radikallerin veya iyonik türlerin oluşumunun bir sonucu olarak ortaya çıkar.
Serbest Radikal Mekanizması
Alkenler veya dienler ve türevleri gibi monomerlerin çoğu, serbest radikallerin varlığında polimerize edilir.
Az miktarda benzoil peroksit başlatıcı kullanılarak ısıtılarak veya ışığa maruz bırakılarak etenin polietilene polimerizasyonunda.
Peroksitin oluşturduğu fenil serbest radikali, eten çift bağına eklenir ve böylece yeni bir daha büyük serbest radikal oluşur.
Buna zincir başlatma adımı denir. Bu yeni oluşan radikal, başka bir yeni serbest radikal oluşturmak için başka bir eten molekülü ile reaksiyona girer.
Yeni bir serbest radikalin bu tekrarlanan oluşumuna zincir yayılımı denir. Son olarak, bir aşamada polimerize ürün oluşacak ve bu adıma zincir sonlandırma adımı denir.
Polimerizasyon kimyasal reaksiyonu
Polimerizasyon kimyasal reaksiyonu hakkında konuştuğumuzda, temel olarak organik monomerlerin polimerizasyon reaksiyonundan bahsedilmektedir.
Bu monomerler, parçacık yüzeyinde biriken oluşan polimer ile kaplanacak parçacıklardan oluşan bir çözelti içindedir. Bu, bir kaplama tabakasının oluşumuna yol açar.
Reaksiyon, monomer adsorpsiyon polimerizasyonunu ve emülsiyon polimerizasyonunu içerir.
Polimerlerin Hazırlanması
Polietilen kaç çeşittir?
İki tür polietilen bulunmaktadır.
1. Düşük Yoğunluklu Polietilen
Bu tip polimerler, katalizör olarak çok az miktarda dioksijen veya peroksit başlatıcı varlığında 350 ila 520 k sıcaklıkta 1000 ila 2000 atmosfer yüksek basınç altında etenin polimerizasyonu ile elde edilir.
Oldukça dallı bir yapıya sahip olan serbest radikal ilavesi ve H atomu soyutlaması yoluyla oluşur.
Doğada kimyasal olarak etkisizdir ve sert fakat esnektir.
Zayıf bir elektrik iletkenidir. LDP, oyuncak, sıkma şişeleri ve esnek boruların imalatında kullanılır.
2. Yüksek Yoğunluklu Polietilen
Trietil alüminyum ve titanyum tetraklorür gibi bir katalizörün varlığında etenin polimerizasyon ilavesiyle hazırlanır.
İşlem, 3 ila 4 atmosfer düşük basınç ve 343 k sıcaklık koşullarında bir hidrokarbon çözücü içinde gerçekleşir.
LDP gibi kimyasal olarak etkisizdir, ancak nispeten daha sert ve daha serttir. Kova, çöp kovası, boru vb. İmalatında kullanılır.
Politetrafloroetilen nedir?
Teflon olarak da bilinir ve tetrafloroetilenin yüksek basınçta serbest radikal ile ısıtılmasıyla üretilir.
Teflon, aşındırıcı maddelere karşı direnç özelliği nedeniyle kimyasal olarak inerttir ve daha az aşındırıcıdır.
Contalar için kullanılır ve yüzey kaplı kapları yapıştırmaz.
Poliakrilonitril nedir?
Bu polimer, bir peroksit katalizörü varlığında akrilonitrilin polimerizasyonu eklenerek oluşturulur.
Akrilan olarak ticari elyaf yapımında yün yerine kullanılır.
Anyonik Polimerizasyon nedir?
Anyonlarla başlatılan monomerlerin polimerizasyonunu içeren bir ek polimerizasyondur.
Bu polimerizasyon, elektronların iyondan monomere aktarılmasıyla başlatılacaktır.
Kullanılan başlatıcılar, monomer oldukça elektrofilik ise zayıf nükleofilik olabilir.
Yayılımda, tam monomer tüketimi meydana gelir ve bu, düşük sıcaklıkta bile daha hızlı olacaktır.
Genellikle vinil monomerler bu yöntemle polimerize edilir. Reaksiyonda kullanılan çözücüye karşı çok hassastır.
Bu yöntem sentetik polidien kauçukların, SBR ve termoplastik stiren elastomerlerin üretiminde kullanılır.
Polimerizasyonun Sınıflandırılması
Polimerler, polimerlerin kaynağı, yapıları, polimerizasyon şekli, moleküler kuvvetleri ve büyümesi gibi çeşitli faktörlere bağlı olarak farklı kategorilere ayrılır.
Ayrıntıları aşağıdadır.
Kaynağa göre kaç alt kategoriye ayrılırlar?
Üç alt kategoriye ayrılırlar.
Doğal polimerler
Bitkilerde ve hayvanlarda doğal olarak bulunurlar. Reçineler, nişasta ve kauçuk buna örnektir.
Yarı sentetik polimerler
Bu, doğal kauçuğun değiştirilmiş bir versiyonudur. Bu, doğal kauçukların yarı sentetik hale getirilmesi için kimyasallarla işlendiği anlamına gelir.
Selüloz asetat ve selüloz nitrat bu alt kategoriye giren örneklerdir.
Sentetik polimerler
Tamamen insan yapımı olan polimerlere sentetik polimerler denir.
Polietilen, Naylon 66, sentetik kauçuk yaygın olarak kullanılan sentetik polimerlerdir.
Polimerlerin yapısına göre kaç farklı türü vardır?
Üç farklı türü vardır.
1.Doğrusal polimerler
Uzun ve düz bir monomer zincirinden oluşur. PVC doğrusal bir polimerdir
2.Dallı polimerler
Bazı dalları içeren doğrusal polimerlerdir. Düşük yoğunluklu Polietilen bir örnektir.
3.Ağ veya çapraz bağlı polimer
Birbirleriyle çapraz bağlı bağları olan polimerlere çapraz bağlı veya ağ polimeri denir.
Genellikle iki işlevli veya üç işlevli monomerlerden oluşurlar. Bakalit ve melamin bu tip polimerlere örnektir.
Polimerleşme (polimerizasyon), moduna göre kaç gruba ayrılır?
Bunlar iki alt kategoriye ayrılır:
Ek Polimerler
Çift veya üçlü bağlara sahip olarak tekrarlanan monomer ilavesiyle oluşan polimerlerdir. Ekleme aynı türden ise bunlara homopolimer, ekleme farklı monomerlerden ise kopolimer denir.
Yoğuşma polimerleri
Bu polimerler, üç veya iki işlevli monomerik birimlerin tekrar tekrar yoğunlaşmasıyla oluşur. Bu reaksiyonda su, hidrojen klorür vb. Gibi bazı küçük moleküllerin yok edilmesi gerçekleşecektir. Terilen ve Naylon 6,6 örneklerdir.
Moleküller Arasındaki Kuvvetlere Dayanarak kaç alt grubu ayrılır?
Dört alt gruba ayrılırlar.
1.Elastomerler
Kauçuk benzeri katı ve elastik özelliklere sahip polimerlerdir. Burada polimer bağları zayıf moleküller arası kuvvetlerle bir arada tutulur ve bu da bu polimerlerin gerilmesine izin verir. Polimerde zincirler arasında bulunan çapraz bağlar, uygulanan kuvvetin çıkarılmasından sonra orijinal pozisyonun geri çekilmesine yardımcı olur.
2.Lifler
Hidrojen bağı gibi güçlü moleküller arası kuvvetlere sahip polimerlerdir. Bu güçlü kuvvet sayesinde moleküller daha yakın tutulur, yani yakından paketlenirler. Bu özellik nedeniyle doğada kristaldirler. Poliamid ve polyesterler örneklerdir.
3.Termoplastik polimerler
Bunlar, ısıtmaya devam ederken yumuşatılabilen ve soğutulduğunda sertleşebilen astar veya hafifçe dallanmış polimerlere dönüştürülür.Moleküller arası kuvvetleri lifler ve elastomerler arasında uzanır. Poliviniller, polistiren vb. Termoplastik polimerlere örnektir.
4.Termoset polimerler
Bu polimerler, ısıtıldığında küflenebilen ve orijinal şeklini geri kazanamayan yoğun dallı veya çapraz bağlı kategorisine girer. Yani bunlar tekrar kullanılamaz. Bakalit bir örnektir.
