2 Aralık 2013 Pazartesi

Polimerlerin Tarihsel Gelişimi ve Önemi

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 

Hiç yorum yok:

Yorum Gönder