T.C. MİLLİ EĞİTİM BAKANLIĞI
MEGEP (MESLEKÎ EĞİTİM VE ÖĞRETİM SİSTEMİNİN GÜÇLENDİRİLMESİ PROJESİ)
KİMYA TEKNOLOJİSİ
POLİMER KAVRAMLARI VE ÖZELLİKLERİ 1
ANKARA 2008
Milli Eğitim Bakanlığı tarafından geliştirilen modüller;
Talim ve Terbiye Kurulu Başkanlığının 02.06.2006 tarih ve 269 sayılı Kararı ile onaylanan, Mesleki ve Teknik Eğitim Okul ve Kurumlarında kademeli olarak yaygınlaştırılan 42 alan ve 192 dala ait çerçeve öğretim programlarında amaçlanan mesleki yeterlikleri kazandırmaya yönelik geliştirilmiş öğretim materyalleridir (Ders Notlarıdır).
Modüller, bireylere mesleki yeterlik kazandırmak ve bireysel öğrenmeye rehberlik etmek amacıyla öğrenme materyali olarak hazırlanmış, denenmek ve geliştirilmek üzere Mesleki ve Teknik Eğitim Okul ve Kurumlarında uygulanmaya başlanmıştır.
Modüller teknolojik gelişmelere paralel olarak, amaçlanan yeterliği kazandırmak koşulu ile eğitim öğretim sırasında geliştirilebilir ve yapılması önerilen değişiklikler Bakanlıkta ilgili birime bildirilir.
Örgün ve yaygın eğitim kurumları, işletmeler ve kendi kendine mesleki yeterlik kazanmak isteyen bireyler modüllere internet üzerinden ulaşabilirler.
Basılmış modüller, eğitim kurumlarında öğrencilere ücretsiz olarak dağıtılır.
Modüller hiçbir şekilde ticari amaçla kullanılamaz ve ücret karşılığında satılamaz.
İÇİNDEKİLER AÇIKLAMALAR ....................................................................................................................ii GİRİŞ ....................................................................................................................................... 1 ÖĞRENME FAALİYETİ - 1 ................................................................................................... 3 1. TEMEL KAVRAMLAR...................................................................................................... 3 1.1. Polimer ve Monomer .................................................................................................... 3 1.2. Polimerlerin Adlandırılması.......................................................................................... 4 1.2.1. Katılma Polimerlerinin Adlandırılması ................................................................. 4 1.2.2. Kopolimerlerin Adlandırılması.............................................................................. 5 1.2.3. IUPAC ve Geleneksel Adlandırma........................................................................ 6 1.3. Molekül Ağırlığı ........................................................................................................... 6 1.4. Ortalama Molekül Ağırlığı............................................................................................ 8 1.5. Molekül Ağırlığı Dağılımı ............................................................................................ 8 1.6. Zincir Yapısı ve Dallanma .......................................................................................... 11 1.7. Polimer Hammaddeleri ............................................................................................... 13 1.7.1. Petrol.................................................................................................................... 13 1.7.2. Doğal Gaz ............................................................................................................ 15 1.7.3. Kömür.................................................................................................................. 15 1.7.4. Bitkiler ................................................................................................................. 16 UYGULAMA FAALİYETİ .............................................................................................. 17 ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME .................................................................................... 18 ÖĞRENME FAALİYETİ – 2 ................................................................................................ 20 2. POLİMERLERİN TERMAL ÖZELLİKLERİ................................................................... 20 2.1. Erime Sıcaklığı............................................................................................................ 21 2.2. Camsı Geçiş Sıcaklığı ................................................................................................. 21 2.3. Camsı Geçiş Sıcaklığının Belirlenmesi....................................................................... 23 2.4. Camsı Geçiş Sıcaklığını Etkileyen Faktörler .............................................................. 24 UYGULAMA FAALİYETİ .............................................................................................. 25 ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME .................................................................................... 26 ÖĞRENME FAALİYETİ - 3 ................................................................................................. 28 3. POLİMERLERİN MEKANİK ÖZELLİKLERİ ................................................................ 28 3.1. Malzeme Dayanımı ..................................................................................................... 28 3.2. Elastiklik ..................................................................................................................... 28 3.3.Süneklik ....................................................................................................................... 29 3.4. Sürünme ...................................................................................................................... 30 3.5. Sertlik.......................................................................................................................... 30 3.6. Tokluk ......................................................................................................................... 31 UYGULAMA FAALİYETİ .............................................................................................. 32 ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME .................................................................................... 34 MODÜL DEĞERLENDİRME .............................................................................................. 36 CEVAP ANAHTARLARI ..................................................................................................... 38 KAYNAKÇA ......................................................................................................................... 39
i
AÇIKLAMALAR AÇIKLAMALAR KOD ALAN DAL MODÜLÜN ADI
524KI0167 Kimya Teknolojisi Lastik Üretimi Polimer Kavramları Ve Özellikleri 1
MODÜLÜN TANIMI
Polimerlerin fiziksel, termal ve mekanik özellikleri ile ilgili bilgileri içeren öğrenme materyalidir.
SÜRE
40/32
ÖN KOŞUL YETERLİK
MODÜLÜN AMACI
EĞİTİM ÖĞRETİM ORTAMLARI VE DONANIMLARI
ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME
Polimer malzemelerin özelliklerini belirlemek Genel Amaç Gerekli ortam sağlandığında, tekniğine uygun olarak polimer malzemelerin özelliklerini belirleyebileceksiniz. Amaçlar 1. Tekniğine uygun olarak polimer elde edilmesinde kullanılan hammaddeleri inceleyebileceksiniz. 2. Tekniğine uygun olarak polimerlerin termal özelliklerini belirleyebileceksiniz. 3. Tekniğine uygun olarak polimerlerin mekanik özelliklerini belirleyebileceksiniz. Ortam Sınıf, atölye, laboratuar, işletme, kütüphane, ev, bilgi teknolojileri ortamı ( internet ) vb, kendi kendinize veya grupla çalışabileceğiniz tüm ortamlar. Donanım Projeksiyon, bilgisayar, DVD çalar, televizyon, dilatometre, shoremetre, çekme cihazı. Modülün içinde yer alan herhangi bir öğrenme faaliyetinden sonra, verilen ölçme araçları ile kendi kendinizi değerlendireceksiniz. Modül sonunda öğretmeniniz tarafından teorik ve pratik performansınızı ölçme teknikleri uygulayarak modül uygulamaları ile kazandığınız bilgi ve becerileri ölçerek değerlendirileceksiniz.
ii
GİRİŞ GİRİŞ Sevgili Öğrenci, Günümüzde organik kimyanın çalışma alanının çok büyük bir kısmını polimer kimyası oluşturmaktadır. Polimer kimyası endüstri için çok önemlidir. Günlük hayatta yararlanılan eşya yapımında, naylon poşetlerden, plastik bardaklara, eldivenlerden, araba lastiklerine, verniklerden, boya ve teflon üretimine kadar birçok malzemede polimer kullanılır. Polimerler hafif, ucuz, mekanik özellikleri yeterli, kolay şekillendirilebilen, kimyasallara dayanıklı maddelerdir. Polimerler kimya haricinde; makine, tekstil, endüstri ve fizik mühendisliği alanlarında kullanılır. Biyokimya, biyofizik, tıp alanlarında da önemi büyüktür. Bu modül de polimer üretimi için kullanıla ham maddeler hakkında bilgi edineceksiniz. Çağımız ve geleceğimiz için ne kadar önemli olduğunu öğreneceksiniz. Sizler sorumluluk sahibi, donanımlı, bilgisini başkalarıyla paylaşan güzel ürünler sunan başarılı insanlar olursanız ülkemiz hak ettiği yere gelecektir. O zaman ülkemiz Mustafa Kemal Atatürk’ün işaret ettiği çağdaş medeniyetler seviyesine yükselir. Tüm çabamız bu ve bu yolda siz öğrencilerimize başarılar dileriz.
1
2
ÖĞRENME FAALİYETİ–1 ÖĞRENME FAALİYETİ - 1 AMAÇ Gerekli ortam sağlandığında, tekniğine uygun olarak polimer eldesinde kullanılan hammaddeleri inceleyebileceksiniz.
ARAŞTIRMA Polimerlerin adlandırılmalarının nasıl yapıldığı hakkında ön çalışma yaparak arkadaşlarınızla paylaşınız. Polimer hammaddeleri neler olabilir? Araştırınız.
1. TEMEL KAVRAMLAR 1.1. Polimer ve Monomer Birbirlerine kovalent bağlarla belirli bir düzende bağlanan küçük mol kütleli kimyasal moleküllere monomer denir. Yunanca da mono tek, poli çok anlamındadır. Monomer, polimer içinde tekrarlanan en küçük moleküllerdir. İki monomerin kimyasal bağ ile birleşmesi ile oluşan moleküle dimer, üç monomerin birleşmesi ile oluşan moleküle trimer denir. Polimer ise çok sayıda monomerin bir araya gelerek bağlanması ile oluşan büyük moleküllerdir. Monomer birimleri polimerleşme (polimerizasyon) reaksiyonları ile birbirine bağlanarak polimer molekülüne dönüşürler. Bir polimer molekülünde onlarca, yüzlerce hatta binlerce monomer birimi bulunabilir.
Kovalent bağ
Monomer molekülleri
Polimer molekülü
Şekil 1.2:Monomer molekülleri polimerizasyon reaksiyonu ile birbirine bağlanarak büyük polimer moleküllerini oluştururlar.
3
Polimerler büyük moleküllerdir. Aralarındaki Van Der Walls çekim kuvvetleri de büyüktür. Bu nedenle polimerlerin erime ve kaynama noktaları monomerlere göre daha yüksektir. Bu özellik de; polimerlerin daha sert, sağlam, dayanıklı madde olmalarını sağlar. nCH2= CH2 etilen :gaz (monomer)
—( CH2— CH2 )n polietilen :plastik (katı) (polimer)
Şekil 1.3: Etilen polimerizasyon reaksiyonu ile polietileni oluşturur.
1.2. Polimerlerin Adlandırılması Polimerlerin adlandırılmasında birden fazla adlandırma sistemi kullanılır. Yaygın olarak kullanılan birkaç adlandırma sistemi şunlardır: Katılma polimerlerinin adlandırılması Kopolimerlerin adlandırılması IUPAC adlandırma
1.2.1. Katılma Polimerlerinin Adlandırılması Polimer, katılma polimerizasyonu sonucu sentezlenmiş ise sentezde kullanılan monomerin adının önüne poli- ön eki konarak yapılır. Etilen, stiren, akrilonitril gibi tek kelimeden oluşan monomer isimlerinin başına poli ön eki gelir.
Monomer Polimer _____________________________ Etilen Polietilen Stiren Polistiren Akrilonitril Poliakrilonitril
Propilen
Polipropilen Şekil 1.3:Propilen, polipropilen
4
Stiren
Polistiren Şekil 1.4:Stiren, polistiren
Vinilklorür
Polivinilklorür Şekil 1.5:Vinilklorür, polivinilklorür
Tetrafloroetilen
Poli(tetrafloroetilen)=Teflon
Şekil 1.6: Tetrafloroetilen, poli(tetrafloroetilen)
Monomer adı birden fazla kelime ya da simge içeriyorsa, monomerin adı ayrıca parantez içerisine alınır. Poli( metil metakrilat )
Poli(cis-1,4- izopren)
Poli(vinil asetat)
Poli(vinilalkol) kendi monomeri olan vinil alkolden değil, poli(vinilasetat) polimerinin hidrolizi ile sentezlenir. Ancak adlandırma yapılırken vinil alkolün polimerizasyonu sonucu oluşturulduğu varsayılır.
1.2.2. Kopolimerlerin Adlandırılması Kopolimerlerin adlandırılmasında, kopolimerlerin sentezlerinde kullanılan monomerlerin adları arasına -ko- eki konularak yapılır. Stiren ve bütadienin kopolimeri poli(stiren-ko-bütadien) Stiren ve metilmetakrilattan elde edilen kopolimer poli(stiren-ko-metil metakrilat) dır.
5
Şekil 1.7:Poli(akrilonitril-ko-metil metakrilat)
1.2.3. IUPAC ve Geleneksel Adlandırma Geleneksel adlandırma günlük hayatta kullandığımız polimerlerin adlarıdır. Örneğin poliamitler naylon olarak adlandırılır. Plastik poşetler polietilenden yapılmış olmasına karşın poliamit adı kullanılarak günlük hayatta naylon poşet şeklinde adlandırılır. Organik bileşiklerin adlandırılmalarında kullanılan IUPAC adlandırma sistemi polimerlerin adlandırılmasında da kullanılır.
Şekil 1.8:Poliakrilonitril molekülü. IUPAC adı poli(1-siyanoetilen)
Geleneksel ad
IUPAC Adı
Poliizobütilen
Poli(1,1-dimetiletilen)
Polistiren
Poli(1-feniletilen)
Poli(vinil klorür)
Poli(1-koloretilen)
Poli(vinil alkol)
Poli(1-hidroksi etilen)
Tablo 1.1: Çeşitli polimerlerin geleneksel ve IUPAC adları
1.3. Molekül Ağırlığı Polimerlerin molekül ağırlığı, polimerlerin elde edilmesinde ve endüstride uygulanmasında büyük önem taşımaktadır. Polimer maddelerin ilginç ve yararlı mekanik özellikleri, bu tür maddelerin büyük molekül ağırlıklı olmalarından kaynaklanır.
6
Polimerlerin molekül ağırlığı, küçük moleküllere göre çok büyüktür. Mol ağırlığındaki bu büyük fark, polimerlerle basit küçük moleküler arasında fiziksel özellik farkını ortaya çıkarır. Etilen küçük bir moleküldür ve gazdır, stiren sıvı olmasına karşın, polietilen ve polistiren katı maddelerdir.
Şekil 1.9: Etilen molekülü
Molekül ağırlığı 18 olan su ile 180 olan glikoz şekerine karşılık naylon ve polietilen gibi polimerlerin molekül ağırlıkları 10 000’lerden başlayarak milyonlara ulaşır. Çeşitli moleküller Su Alkol Stearik asit Polistiren Düşük yoğunluklu polietilen Yüksek yoğunluklu polietilen
Molekül ağırlıkları 18 46 384 60 000 – 100 000 30 000 – 50 000 30 000 – 150 000
Tablo 1.2:Çeşitli maddelerin molekül ağırlıkları
Örnek 1.1: —( CH2— CH2 )5000 Polietilenin molekül ağırlığını hesaplayalım. Çözüm 1.1: Bir zincirde 5000 tane etilen molekülü bulunmaktadır. Etilenin molekül Ağırlığı ( CH2— CH2) =2 .C+ 4 .H = 2 .12 + 4.1 = 28 gram/mol Polietilenin molekül ağırlığı =Mp =Metilen .n = 28 .5000 =140 000 gram/mol
7
1.4. Ortalama Molekül Ağırlığı Bir polimerin molekül ağırlığı ile küçük bir molekülün molekül ağırlığı farklılık gösterir. En yüksek saflıkta hazırlanan bir polimer bile, çeşitli molekül ağırlıklarındaki moleküllerin bir karışımıdır. Bu nedenle polimerlerde ortalama molekül ağırlığı söz konusudur. Şeker numunesinde, şeker moleküllerinin hepsi aynı büyüklüktedir ve hepsinin mol kütlesi 180’dir. Ancak polimer yapısı şeker gibi basit ve tekdüze değildir. Bir polimer içinde değişik büyüklükte ve uzunlukta birçok zincir bulunur. İçinde bulunan moleküllerin, molekül ağırlıkları da birbirinden farklıdır. Bu nedenle kesin bir molekül ağırlığı yoktur.
% Ağırlık
%Ağırlık
100
100 Şeker
Polimer
Mol ağırlığı 100
Mol ağırlığı
200 400
10 000 20 000 30 000
Şekil 1.10. Şeker ve polimer mol ağırlıkları grafikleri
1.5. Molekül Ağırlığı Dağılımı Ortalama molekül ağırlığının hesabı kullanılan tekniğe göre farklı isimler alır. Bu da molekül ağırlığını ifade eder. F
Ağırlık kesri
Mn Mv Mw Mz
Molekül Ağırlığı
M
M = Ortalama molekül ağırlığı F = Ağırlık kesri Mn= Sayıca-ortalama molekül ağırlığı
Mw= Ağırlıkça- ortalama molekül ağırlığı Mz = Daha yüksek ortalama molekül ağırlığı Mv = Viskozite ortalama molekül ağırlığı
8
MOLEKÜL AĞIRLIĞI TÜRÜ
BELİRLEME YÖNTEMİ
Sayısal özellikler(ebüliyoskopi, Kriyoskopi) Buhar basıncı düşmesi Osmotik basınç Son grup analizleri Işık saçılması yöntemi Viskozite ölçümleri Ultra-santrifüj
Sayıca-ortalama molekül ağırlığı
Ağırlıkça- ortalama molekül ağırlığı Viskozite ortalama molekül ağırlığı Daha yüksek ortalama molekül ağırlığı
Tablo 1.3:Polimerlerin molekül ağırlığı çeşitleri ve belirleme yöntemleri
Sayıca ortalama molekül ağırlığı (Mn): Sistemin tanecik sayısına göre değişen bir özelliği incelenerek bulunur. Donma noktası alçalması (kriyoskopi), kaynama noktası yükselmesi (ebüliyoskopi), osmotik basınç gibi özelliklerin ölçülmesine dayanır. Donma noktası alçalmasından yararlanarak molekül ağırlığı bulunabilir. Çözeltinin donma noktasının sayısal değeri, çözeltideki tanecik sayısına bağlıdır. Sayıca ortalama molekül ağırlığı, polimer örneğindeki moleküllerinin toplam ağırlığının örnekteki mol sayısına bölünmesi sonucu hesaplanır.
Ağırlıkça- ortalama molekül ağırlığı (Mw): Polimer örneğinin içinden geçen ışığı ne kadar saçtığı ölçülerek aşağıdaki gibi hesaplanır :
Burada
wx : Ağırlığı Mx olan moleküllerin ağırlık oranıdır. cx : Mx moleküllerinin ağırlık konsantrasyonu c : Polimer moleküllerinin toplam ağırlık konsantrasyonudur. Bir polimer çözeltisi molekül ağırlığı arttıkça ışığı daha fazla saçtığından, bu yöntem yüksek ağırlıklı polimer moleküllerinin ağırlığının hesaplanması için tercih edilen bir yöntemdir. Viskozite ortalama molekül ağırlığı (Mv): Polimer çözeltisinin viskozite hesabına göre bulunur.
9
Daha yüksek ortalama molekül ağırlığı (Mz): Çok kullanılmayan bir molekül ağırlığı türüdür ve ultrasantrifüj yöntemi ile belirlenir. Santrifüj etkisi altındaki polimer çözeltilerinin, özelliği molekül ağırlığı belirlenmesinde kullanılmaktadır. Farklı büyüklüklerdeki polimer molekülleri santrifüj etkisi altında değişik hızlarla santrifüj hücresinin tabanına doğru hareket eder. Hızdaki bu farklılıktan yararlanarak polimerin kısmi hacmi ile molekül ağırlığı bulunur. Bir polimer örneğinin doğru bir şekilde karakterize edebilmek için birden fazla ortalama molekül ağırlığının ve molekül ağırlık dağılımının bilinmesi gerekir, aksi takdirde hatalı sonuçlara varılabilir. Bunun içinde, çok zahmetli olan eski metodlar yerine kısa adı SEC (size exclusion chromatography) ya da diğer adıyla GPC (gel permeation chromatography) olan bir alet kullanılmaktadır. Örnek 1.2: 3 adet polimer örneği aşağıdaki gibi karıştırılmıştır. Molekül ağırlığı 40.000 g/mol olan A dan 10 g, Molekül ağırlığı 100.000 g/mol olan B den 5 g, Molekül ağırlığı 200.000 g/mol olan C den 3 g. a) Bu karışımın sayı ortalaması molekül ağırlığını hesaplayınız. b) Ağırlık ortalaması molekül ağırlığını hesaplayınız.
A B C
M(g/mol) 40000 100000 200000
m(g) 10 5 3
n(mol) 0,00025 0,00005 0,000015
Çözüm 1.2:
a) Mn
( 40000x0 ,00025) ( 100000x0,00005) ( 200000x0,000015) 57142gmol1 ( 0,00025 0,00005 0 ,000015)
b) Mw
( 40000 x10 ) ( 100000 x5 ) ( 200000 x3 ) 83333 gmol 1 ( 10 5 3 )
10
1.6. Zincir Yapısı ve Dallanma Çok sayıda monomer birimi birbirine bağlanarak zincir yapıyı oluşturur. Büyük bir molekül olan polimer, zincire benzetilmiştir. Atomların bağlanma şekline göre polimer zincirinin belli bir hareketi söz konusudur. Bazı polimerler ana zincirlerine, kendi kimyasal yapısı ile özdeş dal görüntüsünde zincirler, kovalent bağlarla bağlanmaktadır. Bu polimerlere dallanmış polimerler denir. Polimer zincirleri polimerizasyon reaksiyonu esnasında yan reaksiyonların olması ile meydana gelir. Polimer molekülü meydana getirmek üzere kullanılacak monomerin iki ya da daha fazla fonksiyona sahip olması gerekmektedir. İki fonksiyona sahip monomerler düz zincirli bir yapı gösterir. İki fonksiyona sahip monomerler: HOOC — R — COOH HO — R — OH H2N — R — NH2 Eğer monomer molekülü üç veya daha fazla fonksiyona sahipse dallanma veya çapraz bağlanmaya sebep olur. CH2 — CH — CH2 I I I OH OH OH Polimer zinciri değişik şekillerde olabilir. Düz zincir yapısı
—C—C—C—C—C—C
11
Kısa dallanmış zincir yapısı
C
C
/ / — C—C—C—C— \ C Uzun dallanmış zincir yapısı
C—C— / C—C—C / —C—C—C—C—C— \ C—C— Çapraz bağlanmış zincir yapısı
C I —C—C—C—C—C—C I I C C
12
Yıldız ve tarak yapısı
1.7. Polimer Hammaddeleri Polimerlerin üretiminde doğal ve sentetik yapıda hammaddeler kullanılır. Katılma polimerlerinin üretiminde etilen, vinil klorür, stiren, propilen, akrilonitril gibi vinil monomerleri kullanılmaktadır. Etilen glikol, fenol, dimetil teraftalat, hekzametilendiamin, etilen oksit, adipik asit gibi kimyasallar basamaklı polimerizasyonda polimer üretiminde kullanılmaktadır. Yukarıda yazılı olan monomer ve kimyasalların üretiminde en önemli kaynaklar petrol, kömür, doğal gaz, odun gibi maddelerdir. Günümüzde en çok kullanılan ve en önemli kaynak petroldür. Bu nedenle petrol fiyatları plastik ve kauçuk türü polimerlerin de fiyatlarını belirler.
1.7.1. Petrol Petrol yeryüzünün alt tabakaları arasında havasız kalarak sıkışan canlı artıklarının ısı, basınç ve bakterilerin etkisiyle çeşitli reaksiyonlar sonucu oluşmaktadır. İşlenmemiş ham petrol, yeryüzüne çıkarıldığında koyu yeşilimsi siyah renkli ve içinde bolca hidrokarbon bulunan katran kıvamında bir maddedir. Ham petrolün yapısında çeşitli hidrokarbonlar, aromatik bileşikler, sülfür, oksijen, azotlu ve anorganik bileşikler bulunmaktadır.
13
Resim 1.1: Petrol rafinerisi
Ham petrol yer altından çıkarıldıktan sonra fraksiyon kolonlarına alınarak bileşenlerine ayrılır. Fraksiyon kolonlarında destilasyon (ayrımsal damıtma) yapılır. Kolonun en altı en sıcak olan bölgedir. Petrol bileşenleri kaynama noktaları farkı yardımıyla ayrılır. En düşük kaynama noktasına sahip olan maddeler, kolonun en üstünden alınır. LPG (Isıtma)
PETROL
Fraksiyon kolonu
Benzin( Yakıt, kimyasal madde üretiminde) Nafta (kimyasal madde üretiminde) Gazyağı (Isıtma) Hafif fuel-oil (Motorin)
Ağır fuel-oil (Yağlayıcı, Kalorifer yakıtı) Asfalt (Yol Yapımı)
Şekil 1.11: Ham petrolün destilasyonu ile elde edilen ürünler
Petrolden elde edilen kimyasallar kullanılarak polimer üretimi yapılmaktadır. Petrolden elde edilen etilen, propilen gibi kimyasallar doğrudan polimerleştirilir. Etilen polietilene, propilen polipropilene dönüştürülür.
14
Petrolden elde edilen kimyasallar yardımıyla pek çok polimer üretilir. Etilen ve benzenden çıkılarak kimyasal yollarla polimer üretimi yapılmaktadır. Etilbenzen
Stiren
Polistiren
Etilenoksit
Etilen glikol
ETİLEN
poliesterler,polieterler
Polietilen
Etilalkol
etil akrilat
Etilen diklorür
vinilklorür
Akrilat elostomerleri
Poli(vinilklorür)
Şekil 1.12:Petrolden elde edilen etilenden çıkılarak elde edilen polimerler ve kimyasallar
1.7.2. Doğal Gaz Doğal gaz fazlaca metan içeren, çeşitli hidrokarbonların karışımıdır. Etilen gazı da doğal gazdan üretilebilmektedir. Bunun yanı sıra metanol, asetilen gibi kimyasallar da üretilmektedir. Bu kimyasallarda polimer üretiminde kullanılmaktadır.
Resim 1.2: Doğal gaz da petrol gibi yer altından çıkarılmaktadır.
1.7.3. Kömür Kömürden polimer üretiminde kullanılmak üzere; asetilen, benzen, ksilen, fenol türü kimyasallar elde edilebilir; ancak bunların elde edilmesi ekonomik olmadığı için tercih edilmez.
15
1.7.4. Bitkiler Bitkilerden üretilen en önemli polimerlerin başında selüloz gelir. Selüloz özelliği itibariyle çözünmez; ancak kimyasal işlemlerden geçirilerek çözünebilen türevlerine dönüştürülür. Selüloz asetat ve selüloz nitrat selüloz türevidir. Ayrıca doğal polimerler doğrudan ağaç, deniz yosunu ve diğer bitkilerden elde edilmektedir. Doğal kauçukta çok önemli bir polimerdir. Kullanıldığı yerler itibariyle önemini korumaktadır.
16
UYGULAMA FAALİYETİ UYGULAMA FAALİYETİ Polimer üretiminde kullanılan ham madde kaynaklarının; Petrol Doğal gaz Kömür Bitki olduğunu belirterek, konu ile ilgili bir sunu hazırlayınız. İşlem basamakları
Öneriler
Polimerlerin elde edildiği hammaddeleri gösteren bir tablo oluşturunuz.
Polimerlerin üretimi için hangi kimyasalların kullanılabileceğine örnek veriniz. Detaylara özen gösteriniz.
Petrolden elde edilen polimerleri ve kimyasalları sıralayınız.
Petrolden elde edilen polimerlerin kimyasal formüllerini belirtiniz. Petrolden kimyasalların hangi yöntemle elde edildiğini belirtiniz. Titiz çalışınız.
Kömürden polimer eldesi için üretilen kimyasalları yazınız.
Polimer eldesi için kömürün kullanışlı olmadığını açıklayınız.
Doğal gazdan hangi kimyasalların üretildiğini bulunuz.
Elde edilen kimyasalları sınıflandırınız. Modül dışındaki kaynaklardan araştırma yapınız.
Bitkilerden hangi polimerlerin elde edildiğini araştırınız.
Resimlerle sunuyu daha görsel hale getiriniz.
Araştırma sonucunda elde ettiğiniz bilgileri sınıf ortamında sununuz.
Sunuyu fon kâğıtları kullanarak anlatabilirsiniz. Sınıf tahtasını da kullanabilirsiniz. Asatat hazırlayıp tepegöz ile duvara yansıtabilirsiniz. Bilgisayar ortamında sunu hazırlayarak projeksiyonla yansıtabilirsiniz.
17
ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME Aşağıdaki sorularda uygun seçeneği işaretleyiniz. 1.
Aşağıdaki maddelerin hangisinin yapısında polimer bulunur? A) Ağaç B) Su C) Naftalin D) Hava
2.
İki monomerin birleşmesiyle hangi molekül oluşur? A) Tetramer
B) Trimer
C ) Dimer
D) Polimer
3.
Propilen
……………..
Reaksiyonu ile hangi polimer oluşur? A) Polivinilklorür 4.
C) Polikarbonat
—( CF2— CF2 )1500 Politetrafloroetilenin hangisidir? ( C:12, F:19) A) 15 000
5.
B) Polietilen
B) 150 000
C) 50 000
ağırlığı
aşağıdakilerden
D) 30 000
Polimerlerde sayıca ortalama molekül ağırlığı aşağıdaki hangi yöntemle bulunamaz? A)Ebüliyoskopi C) Erime noktası
6.
molekül
D) Polipropilen
B) Kriyoskopi D) Donma noktası alçalması
C I —C—C—C—C—C—C I I C C Bağlanma türü aşağıdakilerden hangisidir? A) Çapraz bağlanmış zincir C) Uzun dallanmış zincir
B)Düz zincir D) Yıldız bağlanmış zincir
DEĞERLENDİRME Cevaplarınızı cevap anahtarı ile karşılaştırınız. Doğru cevap sayınızı belirleyerek kendinizi değerlendiriniz. Yanlış cevap verdiğiniz ya da cevap verirken tereddüt yaşadığınız sorularla ilgili konuları faaliyete dönerek tekrar inceleyiniz.
18
UYGULAMALI TEST Polimer üretiminde kullanılan hammaddeler ile ilgili bir sunu hazırlayınız.
Değerlendirme Ölçütleri
Evet
Hayır
Polimerlerin elde edildiği hammaddeleri gösteren bir tablo oluşturdunuz mu? Petrolden elde edilen polimerleri ve kimyasalları sıraladınız mı? Kömürden polimer eldesi için üretilen kimyasalları yazdınız mı? Doğal gazdan hangi kimyasalların üretildiğini buldunuz mu? Bitkilerden hangi polimerlerin elde edildiğini araştırdınız mı? Polimer hammaddelerini modül bilgi konularından buldunuz mu? Başka kaynaklardan da faydalandınız mı? İnternetten faydalandınız mı? Herhangi bir sunu yöntemi seçtiniz mi? Araştırma sonuçlarını arkadaşlarınızla paylaştınız mı?
DEĞERLENDİRME Bu faaliyet sırasında bilgi konularında veya uygulamada anlamadığınız veya beceri kazanamadığınız konuları tekrar ediniz. Konuları arkadaşlarınızla tartışınız. Kendinizi yeterli görüyorsanız diğer öğrenme faaliyetine geçiniz. Yetersiz olduğunuzu düşünüyorsanız öğretmeninize danışınız.
19
ÖĞRENME FAALİYETİ–2 ÖĞRENME FAALİYETİ – 2 AMAÇ Gerekli ortam sağlandığında, tekniğine uygun olarak polimerlerin termal özelliklerini belirleyebileceksiniz.
ARAŞTIRMA Polimerlerde camsı geçiş sıcaklığı neden önemlidir? Araştırınız. Camsı geçiş sıcaklığını etkileyen faktörler nelerdir? Araştırınız.
2. POLİMERLERİN TERMAL ÖZELLİKLERİ Polimerlerin termal davranışlarından söz edebilmek için amorf, kristal ve yarı kristal halleri hakkında da bilgi sahibi olmak gerekmektedir. Kristal özelliğe sahip bir polimer sağlam yapıdadır. Amorf özelliğe sahip ise şekil değiştirebilen, kolay şekil alabilen bir yapı gösterir.
Kristal
Amorf
Kristal
Şekil 2.1: Bir polimer zinciri üzerindeki kristal ve amorf bölgeler
Basit yapılı olan polimerler genellikle kristal yapıdadır. Karmaşık yapılı polimerler ise amorf özellik taşırlar. Polimerlerin birçoğu, kristal düzeninde bir katı ile viskozitesi çok yüksek yani amorf halinin karışımı halinde bulunur. Yarı kristal polimerlerde ise amorf ve kristal bölgeler birlikte bulunur. Bu bölgeler farklı özellik gösterir. Doğrusal yapıda olan bir polimer, yüksek sıcaklıklarda amorf, kauçuksu özellik gösteren bir eriyiktir. Zincirler birbiri içine geçmiş yumak görünümündedir. Molekülleri
20
rasgele dönme ve bükülme hareketleri yapar. Düşük sıcaklıklar da ise aynı polimer sert bir katıdır. Bir polimer soğutulursa birbirinden farklı iki mekanizma ile kristallenir. Bunlardan biri kristallenme diğeri ise camsılaşmadır. Bir polimerik maddenin ne tür pratik uygulamaya elverişli olduğu belirleyen faktörlerden biri Te (kristal erime noktası) ve Tg (camsı geçiş sıcaklığı) ile belirlenir.
2.1. Erime Sıcaklığı Polimerik malzemelerde temel olarak iki tane dönüşüm sıcaklığı vardır. Bunlardan birincisi kristal erime noktasıdır (Te ).Bu da polimerdeki kristal kısımların erimesiyle ilgilidir. Sıvı haldeki bir polimer örneği soğutulmaya başladığında enerjisi azalacağı için, öncelikle moleküllerin dönme ve titreşim hareketleri de azalmaya başlar. Bir süre sonra yeteri kadar soğuma gerçekleşirse polimerin kristallendiği gözlenir. Eğer simetri düzgün olarak sağlanırsa, polimer molekülleri düzenli bir örgü yapısında sıralanırlar ve kristallenme oluşur. İşte bu noktadaki sıcaklık Te'dir.
Şekil 2.2: Kristal polimerlerde erime sıcaklığı
Bazı polimerler kristallendirilebilir, bazı polimerler ise amorftur. Polimerlerin büyük bir kısmı kristal katı düzenindeki bir sıvı ile viskozitesi çok büyük olan sıvı halinin amorf karışımlarından oluşur. Tekrarlayan birimler bir araya gelerek kristal örgüsünü meydana getirirler. Kristal yapıda zincirler polietilen gibi düzlemsel zig zag bir düzende bulunabilir.
2.2. Camsı Geçiş Sıcaklığı Polimerin sıcaklığı azaldıkça moleküllerin enerjileri de azalır. Ancak kristallenme gerçekleşmezse, bir müddet sonra öyle bir noktaya ulaşılır ki molekül zincirindeki uzun mesafeli hareketler durur. Bu noktadaki sıcaklık camsı geçiş sıcaklığıdır(Tg). Kimi polimerler tamamıyla amorf yapıda olduğundan onlarda Te’ den söz etmek mümkün değildir.
21
Tamamıyla kristal yapılardaki polimerlerde de doğal olarak Tg yoktur. Ancak genellikle polimerlerin bir kısmı kristal yapıda olduğundan, çoğu polimerde iki özellik de gözlenir.
Şekil 2.3: Kristal polimerlerde camsı geçiş sıcaklığı
Amorf polimerler yeterince düşük sıcaklıklarda sert ve kırılgandır (cam gibi). Böyle bir polimer ısıtıldığında camsı geçiş sıcaklığı Tg denilen bir sıcaklıkta yumuşayarak kauçuk özellikleri gösterirler. Polimerin camsı geçiş sıcaklığı üzerinde ısıtılması sürdürülürse; polimer kauçuğumsu davranışı da bırakarak zamk görüntüsü üzerinden gerekli yüksek sıcaklıklarda sıvı halini alır; ancak kauçuğumsu, zamksı ve sıvı davranış değişiklikleri arasında kesin sıcaklık değerleri yoktur, geçişler derecelidir. Örneğin amorf bir madde olan cam, camsı geçiş sıcaklığına kadar ısıtılırsa yumuşamaya başlar, biraz daha yüksek sıcaklıklarda kolayca şekillendirilebilir, yeterince ısıtılırsa sıvı gibi akar.
AMORF
YARI-KRİSTAL
KRİSTAL
Şekil 2.4: Amorf, yarı – kristal ve kristal polimerde termal geçişler sırasında görülen davranış değişiklikleri.
22
Tam kristal ve yarı-kristal maddelerde davranış değişiklikleri belirgin, ancak amorf maddelerde camsı geçiş dışındakiler derecelidir.
2.3. Camsı Geçiş Sıcaklığının Belirlenmesi Herhangi bir polimerin camsı geçiş sıcaklığının belirlenmesi için camsı haldeki polimerin kauçuğumsu veya esnek termoplastik hale geçtiği sıcaklığın bilinmesi gerekir. Erimiş haldeki polimer soğutularak da aynı deney yapılabilir. Sonuçlar elle ya da gözle bulunabilir; fakat bu yolla elde edilen sonuçlar yaklaşık değerler olur. Camsı geçiş sıcaklığının belirlenmesinde çeşitli yöntemler kullanılır.
Vicat testi Dilatometrik yöntem Diferansiyel ısıl analiz (DTA) Diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC)
Vicat Testi: Bu testte üzerinde 1 kg lık bir ağırlık bulunan 1 mm2 kesitli bir iğne (vicat iğnesi) polimer yüzeyine temas ettirilir. Daha sonra polimer sabit bir hızla ısıtılır ve iğnenin hareketi uygun bir aletle izlenir. İğnenin polimer yüzeyine 1 mm kadar girdiği andaki sıcaklık polimerin vicat yumuşama sıcaklığıdır. Bu yöntem camsı geçiş sıcaklığı değerine eşit değildir, fakat polimerin yumuşama noktası ile ilgili ön bilgi verir. Dilatometrik yöntem: Belli bir kütleye sahip polimerlerin hacminin sıcaklıkla değişim hızı; polimerin camsı, kauçuğumsu veya sıvı haliyle alakalıdır. Sıcaklık hacim grafiği çizilerek camsı geçiş sıcaklık değeri grafikten okunabilir. Hacim değişimlerinin izlenmesi için Dilatometri denilen aletler kullanılır. Dilatometre kabı iki kısımdan oluşur. Kılcal boru ve dilatometre kabı. Polimer numunesi dilatometre kabının içine konduktan sonra, polimerin üzerine polimer ile etkileşmeyecek bir sıvı konulur. Kılcal kısım kaba yerleştirilir. Dilatometre kabı sabit sıcaklıkta su banyosuna yerleştirilir. Sıvı seviyesi ve sıcaklık sabit iken seviye kılcal boru üzerinden okunur. Sistem ısıtılır, ısıtma esnasında sıvı seviyeleri (hacim değişiklikler) sıcaklıklara karşı yazılır. Bu değerlere ait grafik çizilir.(hacim-sıcaklık) Diferansiyel ısıl analiz (DTA):DTA camsı geçiş sıcaklığının belirlenmesinde çok kullanılan aletsel yöntemdir. Bir parça polimer örneği ve referans madde alınarak sabit bir hızla ısıtılır. Isıtma sırasında polimer ve referans maddenin sıcaklıkları ölçülür. Diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC):DTA’da örnek ve referans maddenin sıcaklık farkı izlenirken, DSC’ de örnek ve referansın sıcaklıklarının eşit olması sağlanır. Bu esnada örnekteki ısı izlenir.
23
Şekil 2.5: Camsı geçiş sıcaklıklarının bulunmasında kullanılan basit bir dilatometere
2.4. Camsı Geçiş Sıcaklığını Etkileyen Faktörler Polimerin camsı geçiş sıcaklığını çeşitli dış faktörler etkileyebilir. Bunlar; kullanılacak yöntemin türü, polimer örneğinin hazırlanış şekli, soğutma veya ısıtma hızıdır. Ayrıca polimerin fiziksel ve kimyasal özellikleri de camsı geçiş sıcaklıklarını etkileyen faktörler arasındadır. Bu dış etkenlerin dışında; zincir esnekliği, yan grup, dallanma ve çapraz bağ, mol kütlesi gibi özellikler de camsı geçiş sıcaklığını etkiler. Zincir esnekliği: Polimer zincirinin kimyasal bağlar etrafında dönme yeteneğidir. Esnek zincirlere sahip polimerlerin camsı geçiş sıcaklığı, sert zincirli polimerlerden daha düşüktür. Yan grup: İri yan gruplara sahip monomerlerden sentezlenen polimerlerde bağlar etrafında dönme zordur ve yan grup büyüdükçe zincir sırslanması zorlaşacağı için camsı geçiş sıcaklığı yükselir. Dallanma ve çapraz: Zincirdeki dallanmalar, zincirlerin yakınlaşmalarını sınırlar ve hacmi artırır. Bu nedenle dallanmış polimerlerin camsı geçiş sıcaklıkları doğrusal yapılarından daha düşüktür. Çapraz bağlar ise hacmi azaltır, yoğunluğu artırır. Camsı geçiş sıacaklığının artmasına sebep olur. Mol kütlesi: Polimerlerin mol kütlesinin artması camsı geçiş sıcaklığını yükseltir. Mol kütlesi belli bir değere ulaştıktan sonra fazla değişmez.
24
UYGULAMA FAALİYETİ UYGULAMA FAALİYETİ İşlem Basamakları
Öneriler
Camsı geçiş sıcaklığını bulmak için dilatometrik kap hazırlayınız.
İş önlüğünüzü giyerek çalışma masanızı düzenleyiniz. Çalışma ortamınızı hazırlayınız. Düzeneği hazırlarken öğrenme faaliyetinde öğrendiğiniz bilgileri dikkate alınız.
Camsı geçiş sıcaklığını belirlemek için kullanacağınız polimer parçasını dilatometrik kap içine koyunuz.
Aldığınız polimer parçasının çok büyük olmamasına dikkat ediniz.
Aldığınız polimer (polivinilklorür) üzerine, polimer parçası ile etkileşmeyecek bir sıvı (etil alkol) koyunuz.
Kap içine sıvıyı koyarken dikkatle dökmeden çalışınız.
Kılcal kısmı tüpün üzerine yerleştirip hazırladığınız düzeneği su banyosu üzerine koyunuz.
Su banyosunun sıcaklık ayarını yapınız.
Sistem ısınırken Hacim-Sıcaklık değerlerini not ediniz.
Hacim değişikliklerini kılcal boru üzerinden okuyunuz. Hacim–Sıcaklık değerlerini grafik çizerek gösteriniz. Camsı geçiş sıcaklığını grafik üzerinde belirtiniz.
Malzemeleri temizleyip yerlerine kaldırınız.
Laboratuarda temizlik çok önemlidir. Kullandığınız tüm malzemeleri önce çeşme suyu sonra saf su ile yıkayıp malzemeler kuruduktan sonra yerlerine kaldırınız.
Sonuçları rapor ediniz.
Rapor hazırlamak çok önemlidir. Amacınızı, işlem basamaklarınızı, sonucunuzu içeren bir rapor hazırlayınız.
25
ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME Aşağıdaki 5 soruyu doğru ya da yanlış seçeneği işaretleyerek cevaplandırınız. 1.
Erime sıcaklığı polimerdeki kristal kısımların erimesiyle ilgilidir.( D / Y )
2.
Amorf polimerler yeterince düşük sıcaklıklarda sert ve kırılgandır(cam gibi). Böyle bir polimer ısıtıldığında camsı geçiş sıcaklığı Tg denilen bir sıcaklıkta yumuşayarak kauçuk özellik özellikleri gösterir.( D / Y )
3.
Diferansiyel ısıl analiz (DTA), erime sıcaklığı belirlemede kullanılan bir yöntemdir. (D / Y) Vicat testinin sonucu tam olarak camsı geçiş sıcaklığı değerine karşılık gelir. ( D / Y )
4. 5.
Zincir esnekliği, yan grup, dallanma ve çapraz bağ, mol kütlesi gibi özellikler de camsı geçiş sıcaklığını etkileyen faktörler arasındadır. ( D / Y )
DEĞERLENDİRME Cevaplarınızı cevap anahtarı ile karşılaştırınız. Doğru cevap sayınızı belirleyerek kendinizi değerlendiriniz. Yanlış cevap verdiğiniz ya da cevap verirken tereddüt yaşadığınız sorularla ilgili konuları faaliyete dönerek tekrar inceleyiniz.
26
UYGULAMALI TEST Bir polimer örneğinin camsı geçiş sıcaklığını tayin ediniz ve raporunuzu yazınız. İşlemlerden sonra aşağıdaki kontrol listesini doldurunuz. Cevabı hayır olan soruları öğretmeninize danışınız. Gerekli malzemeler; Polimer (PVC) Dilatometre Polimer ile etkileşmeyecek bir kimyasal madde (etil alkol)
Değerlendirme Ölçütleri
Evet
Hayır
İş önlüğünüzü giyip çalışma masanızı düzenlediniz mi? Polimer örneğinizi hazırladınız mı? Polimer ile etkileşmeyecek kimyasal maddeyi kaba koydunuz mu? Kılcal boru üzerindeki sabit sıcaklıktaki hacim değerini not ettiniz mi?
Su banyosunu hazırlayıp dilatometreyi yerleştirdiniz mi? Sistem ısınırken Sıcaklık –Hacim değerlerini not ederek grafik çizdiniz mi? İşi biten malzemeleri temizleyip yerine kaldırdınız mı? Sonuçları rapor ettiniz mi?
DEĞERLENDİRME Bu faaliyet sırasında bilgi konularında veya uygulamalı iş parçalarında anlamadığınız veya beceri kazanamadığınız konuları tekrar ediniz. Konuları arkadaşlarınızla tartışınız. Kendinizi yeterli görüyorsanız diğer öğrenme faaliyetine geçiniz. Yetersiz olduğunuzu düşünüyorsanız öğretmeninize danışınız.
27
ÖĞRENME FAALİYETİ–3 ÖĞRENME FAALİYETİ - 3 AMAÇ Gerekli ortam sağlandığında, tekniğine uygun olarak polimerlerin mekanik özelliklerini belirleyebileceksiniz.
ARAŞTIRMA Polimerlerin malzeme dayanımı size ne ifade ediyor? Araştırınız. Polimerlerin mekanik özellikleri üretim sektörün de neden önemlidir? Araştırınız.
3. POLİMERLERİN MEKANİK ÖZELLİKLERİ Polimerlerde yapılan ürünlerin kullanımları sırasında, değişik kuvvetlerin etkisi altında kalırlar. Plastik poşetler içlerine koyulan malzemenin ağırlığından dolayı aşağı doğru çekme, plastik yer döşemelerini üzerlerine basarak sıkıştırma gibi etkenlerle karşılaşırlar. Maddeler dış etkenlerle üzerlerine uygulanan kuvvetlere farklı yanıt verirler ve uygulanan yükün büyüklüğüne bağlı olarak koparlar , uzarlar, bükülürler, yırtılırlar, kırılırlar veya parçalanırlar.Mekanik özellikler maddelerin çekme, sıkıştırma gibi kuvvetlere gösterdikleri tepkilerin tamamıdır. Mekanik özelliklerin bilinmesi o malzemenin hangi teknikle işleneceğini veya hangi alanda kullanılabileceği hakkında bilgi sahibi olmamızı sağlar.
3.1. Malzeme Dayanımı Kullanılan polimer malzemenin tüm şekil değiştirmelere karşı dayanıklı olması istenmez. Örneğin bir yay, kuvvet etkisiyle şekil değiştirdikten sonra eski haline gelmesi istenir. Ancak bir araba tamponunun plastik şekil değiştirilmesi istenir.
3.2. Elastiklik Malzemelerin bazı şekil değişiklikleri yapması beklenir. Bu şekil değişiklikler plastik veya elastik olabilir. Elastik şekil değişikliği, geri dönüşlüdür. Uygulanan gerilimle doğru orantılı olarak değişir.
28
Şekil 3.1: Gerilme -Uzama
Plastik şekil değiştirme, elastik sınırını aşan gerilimin malzemeye verdiği kalıcı değişikliktir. Malzeme içindeki atom veya moleküller kalıcı olarak şekil değişikliği sonucu oluşur; ancak bazı polimerler diğer maddelerde rastlanmayacak kadar elastikiyet gösterebilirler. Bu tip polimerler boylarının birkaç katı uzatılıp bırakıldıklarında eski boylarına geri dönebilirler.
3.3.Süneklik Kopma noktasındaki şekil değiştirme miktarıdır. Uzama ve kopma alanı küçülmesi olarak iki ölçüsü vardır. Uzama: Standart çekme çubuğunun boyunun uzamasından hesaplanır. Kopma uzama test cihazı kullanılmaktadır. Genellikle örnek numuneden uygun bir aparat yardımıyla bir parça koparılır ve bu parça cihaza yerleştirilerek test yapılır.
Çekme Hali
Uzamış Hali Şekil 3.2: Çekme- Uzama
29
Kopma alanı küçülmesi: İlk ve son kesit alanları farkının, ilk kesit alanına oranıdır. Kopma alanı küçülmesi = İlk kesit alanı – Son kesit alanı İlk kesit alanı
3.4. Sürünme Polimerlere akma halinin altındaki gerilimler uzun süre uygulandığında deformasyona uğrarlar. Bu davranışa sürünme denir. Sürünme ayrıca akma verimine karşılık gelen gerilimlerden daha düşük gerilimlerde, malzemenin zamana bağlı deformasyonu şeklinde de tanımlanabilir. Sürünme deneyi yapılırken polimer üzerine, polimeri deformasyona uğratmayacak büyüklükteki ani bir yükleme yapılır. Uzun süre bu deformasyon etkisi altında kalan polimerde uzama olur, polimer deformasyona uğrar ve zamanla deformasyon miktarı izlenir. Sürünmede polimer zincirinin sahip olduğu bağlar gerilir ve katlanmış zincirler açılır. Bir süre geçtikten sonra da birbiri üzerinden kaymaya başlarlar ve malzemenin boyu uzar. Yeterince beklenirse zincirler birbirinden ayrılır ve kırılarak kopar. Buna sürünme kopması denir. Polimerlerin sürünme miktarı, polimerlerin kimyasal yapısına, uygulanan yükün büyüklüğüne, sıcaklığa ve yük uygulama zamanına bağlıdır.
Zaman Şekil 3.3: Sürünmede yük etkisi ile uzama
3.5. Sertlik Malzemenin yüzeyinin batmaya karşı gösterdiği dirençtir. Polimerler ağırlıklı olarak katı hallerinde plastik parçaların, liflerin ve elostomerlerin yapımında tüketilir. Sert polimerlerin kopma dayanımı yüksektir, küçük darbelerle kırılabilirler.
30
3.6. Tokluk Malzemeyi koparmak için gereken enerjinin bir ölçüsüdür. Tokluk, bir malzemenin şeklini değiştiren veya onu koparabilen gerilimin bir ölçüsü olan dayanım ile aynı değildir. Sünek bir malzeme aynı dayanımdaki sünek olmayan bir malzemeye göre, çok daha fazla enerji alarak kopar ve daha toktur. Tokluk, gerilim- şekil değiştirme eğrisi altındaki alan ile ölçülür.
(a)
(b)
(c) Şekil 3.4: (a) Az sünek, (b) sünek , (c) çok sünek, bazı polimerlerde tokluk özellikleri. Tokluk, gerilim- şekil değiştirme eğrisi altındaki alan ile ölçülür.
31
UYGULAMA FAALİYETİ UYGULAMA FAALİYETİ İşlem Basamakları Çekme –Uzama testi için çalışma ortamını hazırlayınız.
Çekme uzama testi yapılacak örnek, numune çıkarma aparatı ile hazırlayınız.
Öneriler İş önlüğünüzü giyerek çalışma masanızı düzenleyiniz. Düzeneği hazırlarken öğrenme faaliyetinde öğrendiğiniz bilgileri dikkate alınız. Aldığınız örnek numunenin uygun şekilde çıkarılmasının sağlayınız.
Çekme uzama cihazına gerekli bilgiler Çekme uzama cihazına basınç, hız, çene girilir. (basınç, hız, çene ağırlığı, kalınlık ağırlığı, kalınlık vb. gibi değerleri vb.) giriniz. Örnek numuneyi cihazın alt çenesine ve üst çenesine tutturunuz. Örnek numunenin cihazın alt ve üst çenesine tuttururken dikkatli olun ve iyi tutturulduğundan emin olunuz.
Örnek numune kopuncaya kadar çekme işlemine devam ediniz.
Bu test yapılırken cihazın başından ayrılmayınız. Dikkatle takip ediniz.
32
Örneğin kopma, uzama bilgileri otomatik olarak bilgisayar ekranından okuyunuz.
Cihazdan okuduğunuz kopma- uzama bilgilerini bir kenara not ediniz.
Doğru sonuç için aynı malzemeden üç örnek alınıp, bunların ortalama sonucunun kabul edilmesi uygundur.
Kopma-uzama testini uyguladığınız üç örneğin ortalamasını alınız.
Malzemeleri temizleyip yerlerine kaldırınız. Sonuçları rapor ediniz.
Cihazın temizliğine ve kullanma şartlarına dikkat ederek bırakınız. Rapor hazırlamak çok önemlidir. Amacınızı, işlem basamaklarınızı, sonucunuzu içeren bir rapor hazırlayınız.
33
ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME Aşağıdaki ilk 2 soruyu Doğru/Yanlış olarak cevaplandırın. Diğer 3 soruda ise boşluk doldurunuz. 1.
Mekanik özelliklerin bilinmesi o malzemenin hangi teknikle işleneceğini veya hangi alanda kullanılabileceği hakkında bilgi sahibi olmamızı sağlar. ( D / Y )
2.
Plastik şekil değiştirme malzeme içindeki atom veya moleküller kalıcı olarak şekil değişikliği sonucu oluşur. ( D / Y )
3.
Polimerlere akma halinin altındaki gerilimler uzun süre uygulandığında deformasyona uğradıkları davranışa denir.
4.
Malzemenin yüzeyinin batmaya karşı gösterdiği direnç
5.
Sünek bir malzeme aynı dayanımdaki sünek olmayan bir malzemeye göre kopması için çok daha fazla gerekir.
olarak tanımlanır.
DEĞERLENDİRME Cevaplarınızı cevap anahtarı ile karşılaştırınız. Doğru cevap sayınızı belirleyerek kendinizi değerlendiriniz. Yanlış cevap verdiğiniz ya da cevap verirken tereddüt yaşadığınız sorularla ilgili konuları faaliyete dönerek tekrar inceleyiniz.
34
UYGULAMALI TEST Kauçuk sektöründe kullanılan herhangi bir lastik hamurunun kopma- uzama testini yapınız ve raporunuzu yazınız. İşlemlerden sonra aşağıdaki kontrol listesini doldurunuz. Cevabı “Hayır” olan soruları öğretmeninize danışınız. Gerekli malzemeler; Kauçuk örneği Kopma –uzama testi cihazı
Değerlendirme Ölçütleri
Evet
Hayır
İş önlüğünüzü giyip çalışma masanızı düzenlediniz mi? Kopma-uzama tayini için cihazı hazırladınız mı? Örnek numuneyi çıkarma aparatı ile hazırladınız mı? Örnek numuneyi cihazın alt çenesine ve üst çenesine tutturdunuz mu? Örnek numune kopuncaya kadar çekme işlemine devam ettiniz mi? Kopma, uzama bilgileri otomatik olarak bilgisayar ekranından okudunuz mu? Kopma-uzama testini uyguladığınız üç örneğin ortalamasını aldınız mı? Cihazın temizliğine ve kullanma şartlarına dikkat ederek kullandınız mı? Sonuçları rapor ettiniz mi?
DEĞERLENDİRME Bu faaliyet sırasında bilgi konularında veya uygulamalı iş parçalarında anlamadığınız veya beceri kazanamadığınız konuları tekrar ediniz. Konuları arkadaşlarınızla tartışınız. Kendinizi yeterli görüyorsanız diğer öğrenme faaliyetine geçiniz. Yetersiz olduğunuzu düşünüyorsanız öğretmeninize danışınız.
35
MODÜL DEĞERLENDİRME MODÜL DEĞERLENDİRME Aşağıdaki 7 soruda uygun seçeneği işaretleyiniz. 1.
Üç monomerin birleşmesiyle hangi molekül oluşur? A) Tetramer B) Trimer C) Dimer
D) Polimer
2.
Polimerizasyon sonucu oluşan yukarıdaki polimerin adı nedir? A) Polivinilklorür B) Polietilen C)Polikarbonat D) Politetrafloroetilen 3.
Aşağıdakilerden hangisi sayıca ortalama molekül ağırlığını ifade eder? A)Mn B) Mw C) Mv D) Mz
4.
Aşağıdakilerden hangisi Ağırlıkça ortalam molekül ağırlığı belirleme yöntemidir? A) Ebüliyoskopi/ Kriyoskopi B) Viskozite ölçümleri C) Işık saçılması yöntemi D) Ultrasantrifüj
5.
Aşağıdakilerden hangisi doğal polimer kaynağı değildir? A) Petrol B)Toprak C) Kömür D) Doğal gaz
6.
Aşağıdakilerden hangileri kristal polimerlerin özelliklerindendir? I. Sağlam yapıdadır. II. Basit yapılı polimerlerdir. III. Kolay şekil alabilen bir yapı gösterir. A) I- II B) II – III C) I - II – III D) III - I
7.
Aşağıdakilerden hangisi polimerlerin mekanik özelliklerinden değildir? A) Sertlik B) Elastiklik C) Erime sıcaklığı D) Malzeme dayanımı
DEĞERLENDİRME Cevaplarınızı cevap anahtarı ile karşılaştırınız. Doğru cevap sayınızı belirleyerek kendinizi değerlendiriniz. Yanlış cevap verdiğiniz ya da cevap verirken tereddüt yaşadığınız sorularla ilgili konuları faaliyete dönerek tekrar inceleyiniz.
36
PERFORMANS TESTİ Herhangi kauçuk örneğinin yoğunluğunu, camsı geçiş sıcaklığını bulunuz. Kopma uzama testini yapınız. Ardından raporunuzu yazınız. İşlemlerden sonra aşağıdaki kontrol listesini doldurunuz. Cevabı “Hayır” olan soruları öğretmeninize danışınız. Gerekli malzemeler; 1. Kauçuk örneği 3. Polimer ile etkileşmeyecek bir kimyasal madde 2. Dilatometre 4. Kopma –uzama testi cihazı
Değerlendirme Ölçütleri
Evet
Hayır
İş önlüğünüzü giyip çalışma masanızı düzenlediniz mi? Dilatometreye camsı geçiş sıcaklığı bulunacak örneği koydunuz mu? Örneğin üzerine örnekle etkileşmeyecek kimyasal maddeyi koydunuz mu? Dilatometreyi su banyosunun içine bıraktınız mı? Su banyosunun sıcaklık ayarını yaparak sabit bir şekilde ısınmasını sağladınız mı? Hacim –sıcaklık değerlerini not ederek grafik çizip, camsı geçiş sıcaklığını gösterdiniz mi? Kopma uzama testi için cihazı ayarladınız mı? Örnek numuneden üç parça hazırladınız mı? Hazırladığınız bu parçaları tek tek ölçüm yapmak için cihazın alt ve üst çenelerine yerleştirdiniz mi ? Numune kopana kadar cihazı çalıştırdınız mı? Cihazdan değerleri okudunuz mu? Üç numunenin ortalama değerini aldınız mı? Sonuçları rapor ettiniz mi?
DEĞERLENDİRME Bu faaliyet sırasında bilgi konularında veya uygulamalı iş parçalarında anlamadığınız veya beceri kazanamadığınız konuları tekrar ediniz. Konuları arkadaşlarınızla tartışınız. “Hayır” cevapları için öğretmeninize danışınız.
37
CEVAP ANAHTARLARI CEVAP ANAHTARLARI ÖĞRENME FAALİYETİ – 1’İN CEVAP ANAHTARI A C D B C A
1 2 3 4 5 6
ÖĞRENME FAALİYETİ – 2’NİN CEVAP ANAHTARI Doğru Doğru Yanlış Yanlış
1 2 3 4
ÖĞRENME FAALİYETİ – 3’ÜN CEVAP ANAHTARI 1
Doğru
2 3 4 5
Doğru Sürünme Sertlik Enerji
MODÜL DEĞERLENDİRME CEVAP ANAHTARI B D A C B A C
1 2 3 4 5 6 7
38
KAYNAKÇA KAYNAKÇA Prof.Dr. SAÇAK Mehmet, Polimer Kimyası, Fersa Matbaacılık, Ankara 2002. Prof.Dr. SAÇAK Mehmet, Polimer Teknolojisi, Baran Ofset, Ankara, 2005. SAVRAN Haldun Ömer, Elostomer Tenolojisi – 1, Acar Matbaacılık, 2001. BAYSAL Bahattin, Polimer Kimyası, ODTÜ Basım İşliği, 1994 HAZAR Baki, Polimer Kimyası NAZLI Ayhan, U. Hulusi PATLI, Varol GÜRLER, Davut PİRAZ, Lise Kimya 3, Çağlayan Anonim Şirketi, 2006 İnternet Adresleri: www.kimyaokulu.com www.kimyasanal.net http://w3.balikesir.edu.tr http://genchem.chem.htm http://pslc.ws/macrog/index.htm http://teachingtools.com http://www.irrdb.com/IRRDB/NaturalRubber
39
