TERMOPLASTİK NEDİR?
Genel olarak plastik adıyla da anılan termoplastikler, ısıtıldığı zaman eriyebilen ve yeniden şekillendirilebilen polimerlerdir. Bir kere eritildikten sonra enjeksiyon kalıplama ve ekstrüzyon gibi yaygın kullanılan tekniklerle hemen hemen her türlü şekilde kalıplanabilirler. Üretimde ya da kalıplama esnasında eriyik halden soğutulan termoplastik polimerler kolaylıkla kristal yapıyı kuramazlar. Çünkü polimer zincirinin çokça kıvrılan ve büzülen yapısını, düzenli bir yapıya sokup, polimerin kristal oluşturması için yüksek enerjiye ihtiyaç vardır. Termoplastikleri oluşturan kristalleşebilen zincirler ise tam anlamıyla mükemmel bir kristal yapı kuramaz. Bunun yerine hem amorf hem de kristal yapıyı barındıran yarı-kristaller oluştururlar. Yarı-kristalin içindeki amorf yapı elastikiyet sağlarken, kristal yapı da mukavemeti ve bükülmezliği sağlar.
Yarı-kristal yapının içindeki kristalleşen zincirler erime noktası (Te) ile tanımlanırken; amorf termoplastikler, ya da termoplastiklerin amorf kısımları ise camsı geçiş sıcaklığı (Tg) ismi verilen, camsı (sert) davranıştan kauçuğumsu (yumuşak) davranışa geçiş sıcaklığı ile tanımlanırlar. Erime noktasının üzerine çıkıldğında, polimerde bulunan kristal yapının hepsi erimiş olur ve sadece amorf yapı kalır. Termoplastikler her iki tip yapıyı gösterebilmelerine rağmen, birçok termoplastik polimer kristalleşemez ve sadece amorf yapıya sahiptir.
Her termoplastik polimerin kendine özgü bir camsı geçiş sıcaklığı vardır. Eğer bünyesinde kristal yapıyı da bulunduran bir termoplastik ise, Tg‘ye ek olarak geniş bir erime sıcaklığı aralığı vardır. Küçük moleküllerin aksine, tek bir molekül ağırlığında bulunmayan (yani polidispers olan) polimerler, tek bir sıcaklıkta erimezler. Büyük çoğunlukla, Şema 1′de verilen grafikte göründüğü gibi, geniş bir erime eğrisine sahip olurlar.
Şema 1
Erime noktasının tek bir noktada olmaması, aksine geniş bir alana yayılması, polimer kristallerinin farklı kristal kusurlarına ya da değişik kristal birim hücrelerine sahip olduklarını gösterebileceği gibi; farklı büyüklüklerde kristaller oluşturduğunu da gösteriyor olabilir. Sebebin ne olduğunu kesin anlayabilmek için X-Ray analizi gibi yöntemlere (SAXS, WAXS, XRD) başvurulur. Sebep ne olursa olsun, polidispers polimerlerin değişik kristaller oluşturduğu ve bu sebeple geniş bir erime eğrisi gösterdiği bir gerçektir.
Termoplastik polimerlerin zincirleri doğrusal ya da dallanmış yapıda bulunurlar; zincirler arasında çapraz bağ kesinlikle görülmez (Şema 2). Mor-ötesi (UV) gibi dış etkenlerin verdiği enerji sonucu zincirler arası çapraz bağlanma mümkün olsa bile (ör. polietilen), böyle bir fiziksel değişime uğrayan polimer artık termoplastik olarak anılamaz. Çünkü termoplastik polimer, tanımı gereği, eriyebilen ve yeniden şekillendirilebilen bir polimerdir; polimerin içinde oluşan çapraz kovalent bağlar ise, termosetlerde olduğu gibi, polimerlerin erimesini engeller.
Şema 2
Termoplastik polimerlerde, termoset polimerlerin zincirlerini birbirine bağlayan kuvvetli kovalent bağlar bulunmasa da, termoplastik polimer zincirlerini bir arada tutan, polar etkileşimler, Hidrojen-bağları, London kuvvetleri ve hatta aromatik grupların üst-üste istiflenmesi (ör. polistiren) gibi zincir-içi ve zincirler-arası etkileşimler vardır. Bunlara ek olarak, termoplastik polimer zincirlerini bir arada tutan zincirler-arası ve zincir-içi bükülmeler ve dolaşmalar (entanglement) vardır. Bu zincir dolaşımları ve bükülmelerinin, özellikle mekanik tepki olmak üzere, termoplastik polimerlerin fiziksel özelliklerinde büyük etkisi vardır.
Termoplastiklerin elastomerlerden farkı mekanik özelliklerinde saklıdır. Eğer bir elastomerik malzeme gerilme kuvvetine maruz kalırsa (iki yana çekilirse), malzeme uzar ve üzerindeki yük kalktığında da hızla ilk andaki konumuna geri döner (buna elastikiyet ya da sıçrama (bouncing) denir). Termoplastikleri çektiğimizde ise malzeme belli bir noktaya kadar elastikiyetini korur ve daha sonra kalıcı şekil bozukluğuna (deformasyona) ya da kırılmaya uğrar. Fakat şunu da unutmamak gerekir ki, elastomerler çekildiğinde hemen uzamaya başlamalarına rağmen, termoplastiklerin uzamasını sağlamak için çok yüksek kuvvetler uygulamak gerekir. Yani, termoplastik polimerlerin deformasyona karşı dirençleri elastomerlerden fazladır diyebiliriz.
Termoplastikleri, termoplastik yapan bir diğer özellikleri de demin bahsettiğimiz yük altında kalıcı deformasyona uğramalarıdır. Böylece, termoplastikleri uygulanan kuvvet sayesinde kalıcı deformasyona uğratarak şekillendirmek mümkün olur (ör. termoform yöntemi).
Termoplastiklerin daha önce belirttiğimiz yarı kristal yapıları, içlerindeki amorf bölgeler sayesinde belirli bir sıcaklıkta sert bir plastikten, yumuşak bir plastiğe dönüşmelerini sağlar (camsı geçiş sıcaklığı). Bu ısıl geçiş, plastiğin kullanım alanını da belirleyen bir etkendir. Mesela, cep telefonlarının kasaları camsı geçiş sıcaklığı (Tg) oda sıcaklığının çok üzerinde bir polimerden üretilirken; elektrik kabloları Tg’si oda sıcaklığının altında bir plastikten üretilir ve böylece yumuşaktır. Camsı geçiş sıcaklığının bu etkisi sadece kullanım alanında değil, üretim sırasında da önemli bir faktördür. Bazen bir termoplastiğe daha kolay şekil verebilmek ya da şekil verme işlemini daha düşük bir sıcaklıkta yapıp enerjiden tasarruf etmek için, polimere plastikleştirici katkı maddeleri eklenir (plasticizer).
Termoplastik polimerler sentezlendikten sonra küçük granüller (pellet ya da toz olarak) halinde torbalanarak piyasaya sürülür. Alıcı bu granülleri değişik üretim teknikleriyle eritip kalıplayarak, ya da lif haline getirmek için çekerek, şekillendirir. Plastik bardaklar, poşetler, ambalajlar ve oyuncaklar termoplastiklerin sıkça kullanıldıkları alanlardır. Bir kere kullanılan ve atılan termoplastikler yeniden eritilip işlenerek, tekrar tekrar kullanılabilirler. PMMA ya da polikarbonat gibi sadece amorf yapıda olan termoplastikler özellikle saydamlığın önemli olduğu uygulamalarda tercih edilirler. Amorf termoplastikler genellikle kimyasallara karşı düşük direnç gösterirler ve kimyasal ortamlardaki çevresel faktörlerden dolayı çatlamaya başlarlar (environmental stress cracking). Yarı-kristal termoplastikler ise çözücülere ve diğer kimyasallara karşı daha dirençlidirler. Ancak, kristallerin ışığın dalga boyundan büyük olması sebebiyle opaktırlar. Bu sebeple optik uygulamarda tercih edilmezler.
Termoplastik grubuna giren polimerlere örnek olarak polietilen, polipropilen, polistiren, poli(vinil klorür), ve polikarbonat verilebilir. Bu sınıftaki polimerlerin kullanım alanları geniştir ve özellikle farklı mühendislik uygulamalarında sıklıkla tercih edilirler. Başlıca termoplastikler ve onların camsı geçiş ve erime sıcaklıkları aşağıdaki tabloda verilmiştir.
Şema3: Bazı Polimerlerin camsı geçiş ve erime sıcaklıkları
Kaynak: www.polimernedir.com
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder