Polimerlerin Tarihi Gelişimi ve Önemi
Sentetik polimerlerin ticari boyutlarda üretiminin
başlamasından önce insanlar; dokuma veya giyinme gibi gereksinimlerini yün,
pamuk, jüt, keten gibi doğal liflerin işlenmesiyle sağlamışlar, günlük hayatta yararlandıkları
eşya ve malzemelerin yapımında çelik, cam, odun, taş, tuğla, çimento gibi
maddeler kullanmışlardır. [1]
Polimerik ürünlerden biri olup, bugünde çok kullanılan
maddelerden biri olan kauçuğun kullanımı 5000 yıl öncesinde dayanır. Başlangıçta
sıvı olan kauçuğun özsuyu (lateks) uzun zincirli moleküller içerir. kızılderililer
bu özsuyu ile ayaklarını kapladıktan sonra havadaki oksijenin etkisi ile bazı
noktalardan bu moleküller birbirlerine bağlanırlar.
Bu bağlanmalar nedeniyle
artık moleküller birbirlerinden kolayca ayrılamazlar.
Böylece sıvıdan kati
duruma geçilir. Fakat bu kati biraz özeldir. bu kati yapı içerisinde küçük
moleküler hareket edebilirler. ve tüm yapıda hareketlidir. yapının bir balık ağı
gibi davrandığı düşünülebilir. bu nedenle bu yapı kısmen kati kısmen sıvı gibi
davranırlar. Bu madde kauçuk olarak adlandırılır.
Bununla beraber bu kauçuk
ayakkabı bir gün içerisinde dağılır. Çünkü havadaki oksijen ilk olarak
molekülleri birbirine bağlamasına karşın bir süre sonra oksijen, zincirleri
kesmeye baslar. Bir gün sonunda yapı dağılır. [2]
Çinliler’in 1400′lü yıllarda yaptıkları, balmumuna
daldırılmış kumaştan şemsiye , daha sonra “Direkt Kaplama” olarak
isimlendirilecek işlemin tarihteki ilk uygulamasıydı. Kumaşın tamamı ile farklı
bir malzemeyle kaplanarak (birleştirilerek) işlevini daha iyiye götürme fikri
böyle oluştu.
Bugün sıkça kullanılan PVC ve PU gibi polimerlerin atası
1839 yılında Goodyear tarafından üretildi. Goodyear, kükürtle vulkanize edilmiş
kauçuk olan Libonit’i üretti. 1849 yılında Charles Goodyear kauçuk ağacının
özsuyunu kükürt ile kaynattığında esnek , sağlam siyaha yakın bir madde elde
etti. Goodyear’ın bu buluşu halen üretimdedir , fakat o yıllarda henüz polimer
kavramı ortaya atılmamıştı.
Polimerlerin ikinci büyük grubu olan Plastiklerin ilk ürünü
,1868 de Amerika’da John Wesley Hyatt tarafından pamuk selülozunu nitrik Asit
ve kamfor ile etkileştirilerek hazırlanan yarı sentetik polimerdi.
1900’lü yıllarda İtalya’da Direkt Kaplama işlemiyle mezure
üretildi. Takip eden yıllarda 1. dünya savaşı esnasında Almanlar ilk U-Boat
modelini ürettiler. Ancak dış etkenlere karşı son derece dayanıksızdı. [2]
1920 yılında Alman Kimyacısı Staundinger “makromolekül” kavramını ortaya atmıştır.
Selülöz ve proteinlerin birer makromolekül olduğunu ileriye sürdü. Polistiren
ve polioksimetilen için ilk kez uzun zincirli molekül formülleri sunmuştur.
1926 yılında Svendberg Ultrasantrifüj yöntemi ile polioksimetilenin molekül
ağırlığının 100.000 civarında olduğunu gösterdi. Makromolekül Hipotezi sonraki
yıllarda birçok polimerin üretimine ışık tutmuştur. [3]
1927 de selüloz asetat ve polivinil klorür, 1928 de
polimetil metakrilat, 1929 da üre-formaldehit reçineleri üretilmiştir.
Özellikle II. Dünya savaşında stiren-bütadien kopolimeri polimer teknolojisinin
önemli ürünleri olmuşlardır. [3]
Makromoleküllerin sentez yöntemleri de ilk defa aynı zamanda
naylon malzemesinin de mucidi olan Amerikalı kimyager Wallace Hume Carothers
tarafından ileri sürülmüştür.
1930 yılından sonra fiziksel ölçme yöntemlerinin hızla
gelişmesi ile makromoleküllerin yapıları tam olarak aydınlatılmış ve yeni
makromoleküller sentezlenmiştir. Öte yandan doğal makromoleküller; selüloz,
kauçuk, proteinler vs. analiz edilmeye başlanmıştır. Makromoleküllerin önemini
ve imkanlarını gören kimya endüstrisi bu alandaki çalışmalarını hızlandırarak 1927
yılında IG-Farben (BASF) Bayer ve Hoecst firmaları 1929 yılında polistireni
patent altında üreterek; hizmete sunmuşlardır. [3]
1931’de yine ilk sentetik kauçuk olan neopren üretimi
başlamıştır. 1936’da poliakrilonitril, stiren-akrilonitril kopolimeri ve
polivinil asetat, 1937’de poliüretan, 1938 de Teflon ticari ismi ile anılan
politetrafloroetilen, 1939’da melamin-formaldehit (formika) reçineleri, 66-naylon;
1940’da bütil kauçuğu ve silikonların hammaddesi olan silanlar, 1941’de
polietilen, polietilen teraftalat, 1942’de doymamış poliesterler ve Orlon
ticari isimli poliakrilonitril fiber üretimi gerçekleştirilmiştir. Önemli
anorganik polimeler arasında bulunan silikon 1943 yılında sentezlenmiştir. [3]
1952 de Max Planck Enstitüsü arastırmacılarından K.Ziegler
bazı alüminyüm alkali bileşiklerini katalizör olarak kullanarak etilenin düşük
basınçta polimerizasyonunu gerçekleştirmiştir. Ziegler ve Giulio Natta
sterospesifik polimerizasyonu diğer olefinlere de uygulamışlardır.
1954 de
polikarbonat ve 1956 da polifenil oksit sentezlenmiştir. Son yıllarda yüksek
ısıl ve mekanik dayanıklılığa sahip poliimid, poliarilsülfonlar,
poliarilamidler, polifenilsülfit, polibütil teraftalatpolietereketon, polifenil
gibi önemli plastikler geliştirilmiştir. [3]
1954’de polikarbonat ve 1956’da polifenil oksit
sentezlenmiştir. Son yıllarda yüksek ısıl ve mekanik
dayanıklılığa sahip
polimerler olan poliimid, poliarilsülfonlar, poliarilamidler, polifenilsülfit,
polibütil teraftalatpolietereketon, polifenil gibi önemli plastikler
geliştirilmiştir. [4]
1960’lı yıllarda kumaş ve Plastik özelliklerini aynı anda
içeren bir yapıdan bahsedilmeye başlanmıştır. Yüzey, doğal deri efekti verirken
sağlamlığını kumaş sağlıyordu. Bu yıllarda “Transfer Kaplama” ortaya çıkmıştır.
O yıllarda kullanılan transfer Kağıtları en fazla 100 ºC’ye kadar dayanıklıydı.
Teknolojinin ve malzeme bilgisinin gelişimiyle suni deri uygulamaları bugünkü
halini almıştır. [4]
Polimerler; hafif, ucuz, mekanik özellikleri çoğu kez
yeterli, kolay şekillenebilen, değişik amaçlarda kullanıma uygun, dekoratif,
kimyasal açıdan inert ve korozyona uğramayan maddelerdir. Bu üstün
özelliklerinden dolayı, yalnız kimyacıların değil; makine, kimya, tekstil,
endüstri ve fizik mühendisliği gibi alanlarda çalışanların da ilgisini çeken
materyallerdir. [5]
Tıp, biyokimya , biyofizik ve moleküler biyoloji açısından
da polimerlerin önemi büyüktür. Bu değerlendirmeler ışığında polimer kimyası,
kimya yanında yukarıda söz edilen çoğu bilimin alanını kapsayan ayrı bir bilim
disiplini olarak gözükmektedir. [5]
Son yüzyıl özellikle sentetik polimerlerle ilgili bilim ve
teknolojisinin çok hızlı gelişimine tanık olmuştur. Tekstil sanayisi,
fotoğrafçılık, gözlükler ve lensler, ambalajlama ve koruma, ev yapı
malzemeleri, taşımacılık gibi sektörlerinde polimerlerin önemi oldukça
büyüktür. Gelişmiş ve gelişmekte olan ülkelerde polimer teknolojisi büyüme hızı
%10’dan fazladır. [5]
Önümüzdeki yıllarda dünyada yıllık polimer üretiminin 300-400
milyon ton olması ve polimerik malzemelerin birçok uygulamalarda diğer
malzemelerin yerine alternatif malzemeler olarak kullanılması beklenmektedir. [5]
Polimer kimyasında karşılaşılan en önemli sorun, küçük mol
kütleli maddelere yönelik kimyasal ve fiziksel temel kuram veya tekniklerin,
iri ve karmaşık yapıdaki polimer molekülleri üzerine uygulanmasındaki güçlük
olarak göze çarpmaktadır. [5]
[1] – Polimer Kimyası,
Mehmet Saçak Giriş Bölümü
[2] - (Kirilgan
Nesneler, Tübitak popüler bilim
kitaplari, Pierre-Gilles de Gennes Jacques Bados, çev. Anahid Hazaryan,
2.Basim, Ocak 1999)
[3] –(Erhan Piskin, 1987).
[4] – Prof.Dr.Arif Altıntaş Organik Kimya Ders Notları
[5] - Polimer Kimyası, Mehmet Saçak Giriş Bölümü
