Fizik – Plastik Nedir? Konu Anlatım

plastik-bardak
Plastik, istenilen biçimi alabilen anlamına gelen yunanca “plastikos” sözcüğünden gelir. Plastiklerin başlıca özelliği, kolayca biçim değiştirmeleri ve kalıplama ya da HADDELEME gibi işlemlerle çeşitli biçimlere sokulabilmeleridir. Plastikler yüksek molekül ağırlıklı organik MOLEKÜLLERDEN ya da polimerlerden oluşurlar. Organik moleküller ve polimerler, birbirine kimyasal olarak bağlı birimlerin yinelenmesiyle ortaya çıkan zincir yapılardır. Plastikler iki gruba ayrılabilir: temel zincir yapısı selüloz gibi bir doğal üründen türemiş olan yarı sentetik plastikler; küçük birimlerden ya da monomerlerden kimyasal yolla yapılmış zincirleri içeren tam sentetik plastikler. Bir polimerin, bileşenleri olan monomerlerden oluşturma sürecine “polimerleştirme” adı verilir.
Ticari olarak yapılan ilk plastikler, yarı sentetiktir. Bunlar, genellikle pamuk artıklarından elde edilen KARBONHİDRATLAR’ dan biri olan selülozdan türetilmiştir. 1862 yılında İngiliz kimyacı Alexander Parkes, kolayca kalıplanabilen ve biçimlendirilebilen, “parkesine” adlı bir plastik hazırlamıştır. Bu plastik, pamuk artıklarının nitrat ve sülfat asitlerinin karışımıyla tepkimeye girmesi  sonucu oluşan bir nitroselüloz bileşiğine, hintyağı, biraz kafuru ve renklendirici maddelerden katılarak yapılmıştı. Parkesine’ın küçük miktarlarda hazırlanması kolaydı, ama endüstiri ölçeğinde üretimi başarısızlıkla sonuçlandı. 1870 yılında ABD’ nde kimyacı John Wesley Hyatt, ticari bakımdan ilk başarılı plastik olan selüloiti Parkensine’a benzer biçimde ama hint yağı yerine kafuru kullanarak hazırlandı. Bu yeni madde, gözlük çerçeveleri, taraklar, bilardo topları, bıçak sapları ve fotoğraf  filmi gibi çok çeşitli ürünlerin yapımında kullanıldı. İlk sentetik lifse, 1889 yılında, nitroselülozdan yapılan yapay ipekti.
Eski plastiklerin başlıca sakıncası, kolayca tutuşmalarıydı. Bu duruma nitroselüloz yol açıyordu. Bu nedenle günümüzde, selüloz temeli plastiklerin hazırlanmasında, nitroselüloz yerine, selülozun bir başka esteri olan asetat kullanılmaktadır. Bu plastikler genellikle kumaş yapımında kullanılır. İşlenmiş selüloz ya da reyon, çözülüp yeniden çöktürülerek molekülleri kısaltılmış selülozdan oluşmuş lifli bir maddedir.
Sentetik plastikler:
İlk tam sentetik plastikler, endüstri ölçeğinde üretilmelerinden yıllarca önce ortaya çıkarıldı. 1838 yılında Fransız Regnault, vinil klorürün, güneş ışığının etkisi altında “reçineleşme”sini gözledi. Ne var ki, ürettiği ve günümüzde “polivinil klorür (PVC)” diye adlandırılan bu yeni maddenin getirdiği olanakları değerlendiremedi. Ertesi yıl, Alman kimyacı Simon, doymamış bir hidrokarbon olan stirenin, polistiren vererek polimerleştiğini ortaya çıkardı. Ama bu maddenin endüstri ölçeginde üretimi, ancak doksan yıl sonra gerçekleşti. 1909 yılında Leo H. Baekeland, fenolün formaldehitle tepkimesi sonucu elde ettiği ürünün patentini (ilk fenol-formaldehit reçinesinin bundan 30 yıl önce ,1872 yılında Adolf von Bayer’in bulmuş olmasına karşılık) aldı. Baekeland’ın ürettiği bakaliyet,ticari açıdan başarılı olan ilk sentetik plastiklerden biriydi. Metil metakrilat,ilk kez 1877 yılında,Alman kimyacıları Fitting ve Paul tarafından polimerleştirildi. Elde ettikleri ürün,yani polimetilmetakrilat,yarım yüzyıl sonra ortaya çıkan “perspeks” adlı plastiğin temelini oluşturdu. Etilenin polimerleşmesiyle ilgili ilk denemeler 1879 yılında yapıldı, ama bir plastik yerine, bir yağlama yağı elde edildi. Günümüzde, etilenin endüstri alanında polimerleştirilmesiyle, polietilen ya da politen elde edilir.
XIX. yüzyılın sonlarında ticari amaçla selüloit üretildi, ama üretim tekniklerinde önemli gelişmeler, ancak XX. Yüzyılın başlarında gerçekleştirildi. Baekeland, fenol-formaldehit reçinesi bakalit için, bir kalıplama tekniği geliştirmeyi başardı. 1919 yılında da Eichengrün, selüloz asetatın enjeksiyon yoluyla kalıplanmasını sağlayan bir yöntem için patent aldı. Günümüzde enjeksiyon yoluyla kalıplama, plastiklere biçim vermede önemli bir tekniktir. Bu teknik kullanılmadan, birçok eşya ve aletin yapılması olanaksızdır.
Polistiren:
1920 yıllarında, plastiklerin kimyasal yapıları konusunda, özellikle Alman kimyacı Hermann Staudinger (1953 yılında, çalışmaları nedeniyle Nobel ödülü aldı.) tarafından çok sayıda araştırma yapıldı. Staudinger’in araştırmalarını, daha sağlam temellere dayanan yeni plastiklerin ortaya çıkması izledi. Günümüzdeki plastiklerin en önemlilerinden biri olan polistirenin ticari üretimine 1930 yılında, Alman firması IG Farbenindustrie başladı. Polistiren üretiminin hammaddeleri, birbirleriyle tepkimeye girerek stiren (C6H5CH=CH2) veren etilen ve benzendir. Daha sonra stiren, polistiren vermesi için polimerleştirilir. Polistiren molekülleri, stiren biçimlerinden oluşmuş zincirler içerirler ve aşağıdaki gibi gösterilirler:
-CH(C6H5)-CH2-CH(C6H5)-CH2-CH(C6H5)-CH2-
Polistirenle ilişkili olan başka plastikler de vardır: Sözgelimi, çarpmaya dayanıklı polistiren (polistiren ve KAUÇUK karışımı); ABS (stiren, akrilonitril ve nitril kauçuğunun polimerleştirilmiş karışımı); SAN (stiren ve akrilonitrilin polimerleştirilmiş karışımı); ASA (stiren ile bir metakrilat esterinin polimeri). Birden çok monomerin polimerleşmesiyle oluşan SAN gibi polimerlere, genellikle “kopolimer” adı verilir. Polistiren plastikleri, kalıplanmış eşya ve elektrik malzemesi yapımında kullanılır. Polistiren köpükleri ise ısı ve ses yalıtımı malzemesi olarak, çarpmalara karşı koruyucu ambalaj malzemesi olarak çok yararlıdır.
PVC:
Başka bir önemli plastik de, ilk kez 1931 yılında Almanyada üretilmiş olan polivinil klorürdür (PVC). PVC üretimi için hammaddeler, vinil klorür (CH2=CHCI) verecek biçimde birbirleriyle tepkimeye giren etilen ve klordur. Vinil klorürün polimerleşmesiyle, aşağıda formülle gösterilen PVC oluşur:
-CHCI-CH2-CHCI- CH2-CHCI- CH2-
PVC, kalıplanmış eşya üretiminde kullanılır ve daha çoğu kez bir plastikleştiriciyle karıştırılarak, yumuşayıp, daha esnek olması sağlanır. Plastik borular ve su olukları ile esnek plastik levhalar, genellikle PVC’den yapılır. Vinil klorür ile vinil asetatın (CH2=CHCOOCH3) yada viniliden klorürün (CH2=CCI2) kopolimeri de önemli plastiklerdendir.
Poliolefinler:
1936 yılında bir İngiliz firması olan ICI, ilk alifatik poliolefin plastik olan polietilenin yapımını başardı. Olefinler, bir ya da daha çok sayıda çifte bağ içeren hidrokarbonlardır ve etilen (CH2= CH2), bu grubun en yalın üyesidir. Olefin, yaklaşık 200oC’ta ve 1000 atmosfer basınç altında, – CH2- gruplarından oluşan yalın zincirler içeren polietilen molekülleri vererek polimerleşir. Bu yolla üretilen polietilen, “düşük yoğunluklu polietilen” diye adlandırılır. Düşük yoğunluklu polietilen, kırılmadan bükülebilen bir maddedir. Yüksek yoğunluklu polietilen, düşük yoğunluklu türe oranla daha serttir ve etilenin, daha düşük basınç altında, bir KATALİZÖR varlığında polimerleşmesiyle elde edilir. İki tür arasındaki yapısal fark, yüksek yoğunluklu polietilenin moleküllerinin düz zincirler olmasına karşılık, düşük yoğunluklu polietilenin moleküllerinin dallanmış zincirler biçiminde olmasıdır. Başka bir önemli polilefin plastiğiyse, propilenin (CH2=CHCH3) polimerleşmesiyle elde edilen polipropilendir. Polipropilen aşağıdaki biçimde gösterilir:
-CH(CH3)- CH2-CH(CH3)- CH2- CH(CH3)-CH2-
Polietilen ve polipropilen plastik şişe ve kapların, ambalaj malzemelerinin, su borularının, vb. yapımında kullanılır.
Poliolefin plastiklerle ilişkili olan başka bir plastik de, tetraflüoroetilenin (CF2=CF2) polimerleştirilmasiyle elde edilen politetraflüoroetilendir (PTFE). –CF2- gruplarının bağlanmasından oluşmuş zincirler içeren bu plastik, ısıya dayanıklılık ile düşük yüzey sürtünmesinin önemli olduğu yerlerde kullanılır. Yağsız tavalar gibi mutfak eşyaları da genellikle PTFE’yle kaplanır.
Poliamitler:
İlk poliamit plastiğin 1934 yılında ABD’nde kimyacı W.H. Carothers tarafından hazırlanmış olmasına karşılık, 1937 yılına kadar ticari ölçüde üretimine geçilemedi. Bu yeni plastiğe “naylon” adı verildi. Naylon üretiminde kullanılan başlıca hammaddeler, benzen ve bütadiendir (CH2=CH-CH=CH2). Çeşitli ara ürünler ve özellikle kaprolaktam, son ürün elde edilmeden önce üretilir. Poliamit ya da naylon molekülleri, aşağıdaki yapı biçimlerinin yinelenmesiyle oluşur.
-(CH2)n  CONH(CH2)m  HNOC-
Buradaki m ve n harfleri, naylon ve türlerine göre, farklı sayısal değerler gösterirler: sözgelimi, naylon 66’da n=4 ve m=6. Poliamitler daha çok, kalıplanmış eşya ve kumaş yapımında kullanılır.
Polyesterler:
Bu plastikler en az iki asit grubu (-COOH) içeren organik asitler ile en az iki alkol grubu (-OH) içeren alkollerin tepkimesi sonucu elde edilirler. Polyester molekülleri, aşağıda görülen genel formüldeki birimlerin yinelenmesinden oluşurlar:
-R1-CO-O-R2-O-CO-
R1 ve R2 grupları, polyester türüne göre değişen organik gruplardır. Sentetik lif yapımında kullanılan bir polyester olan terilende (dakron), R1 bir benzen halkasını, R2 de –CH2-CH2- grubunu gösterir.
Poliüretanlar:
Poliüretan plastikler günümüzde, özellikle esnek ya da katı köpükler biçiminde geniş ölçüde kullanılır. Esnek poliüretan köpükten döşeme malzemesi olarak, katı köpükten de, genellikle ısı yalıtım malzemesi olarak yararlanılır. Poliüretanlar, bazı boyaların bileşimine, boya yüzeyine sertlik vermek için katılırlar. Poliüretanlar en az iki izosiyanat grubu         (-NCO) içeren bir izosiyanat ile en az iki hidroksi grubu (-OH) içeren bir alkolün tepkimesiyle elde edilirler. Molekülleri, şu genel formüldeki birimlerin yinelenmesinden oluşur:
-R1-NHCOO-R2-OOCHN-
buradaki R1 ve R2 grupları, poliüretanın türüne göre değişir. Sözgelimi, perlon-U’da R1-(CH2)6- ve R2-(CH2)4- tür.
Söz konusu plastiklerin çoğu termoplastiktir. Termoplastikler, ısıtılınca yumuşayan, soğutulunca da yeniden sertleşen plastiklerdir. Bununla birlikte, bakalit gibi bazı türlerin, ısıtılıp yumuşatıldıklarında kimyasal yapıları bozulur. “Isıl sertleşmeli plastikler” adı verilen bu plastiklerin bir başka örneği de, formika gibi, melamin formaldehit türü reçinelerdir. Bazı yapıştırıcı bileşimler, özellikle “araldit” gibi epoksi yapıştırıcılar, ısıl sertleşmeli plastiklerden üretilen maddelerdir. Başka bir ısıl sertleşmeli plastik grubu da, bazı boyaların bilesimine giren alkit reçineleri içeren plastiklerdir.

Yorum Bırak...