Transcript Levent GÜNAYDIN, "Radyasyonun Polimerler Üzerinde Etkisi"

GAZİANTEP ÜNİVERSİTESİ
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ , FİZİK MÜHENDİSLİĞİ
ENGINEERING FACULTY, ENGINEERING OF PHYSICS
LEVENT GÜNAYDIN, MUSTAFA YILMAZ
1
Radyasyonun
Polimerler
Üzerindeki Etkisi
2
• Polimer
• Polimer; tekrarlanan yapısal kümelerin oluşturduğu
yüksek molekül ağırlıklı bileşikler olarak tanımlanmıştır.
• Polimeri oluşturan herbir küçük molekül ise monomer
olarak adlandırılır.
• Buna basit bir örnek olarak “Polistiren” (polystyrene)
verilebilir. Polistiren birçok stiren monomerinin bir
araya gelmesi ile oluşur.
Stiren (styrene)
Polistiren (polystyrene)
3
• POLİMER MALZEMELER
• Polimer (çok mer )in , kelime anlamı çok
parçalıdır.
• Bir polimer malzeme , kimyasal olarak
birbirine bağlı bir çok parça veya birimi içeren
bir katı olarak veya başka bir deyişle birbirine
bağlanarak bir katı meydana getiren parçalar
veya birimler olarak düşünülebilir.
4
• Polimerler , en basit tanımıyla çok sayıda aynı
veya farklı atomik grupların kimyasal bağlarla
az veya çok düzenli bir biçimde bağlanarak
oluşturduğu uzun zincirli yüksek molekül
ağırlıklı bileşiklerdir.
• Polimer, birden fazla mer’in (molekülün) ısı ve
basınç altında birleşerek uzun zincirlerin
meydana gelmesiyle oluşur.
5
• Plastik malzeme olarak da bilinen suni polimerler
,son 40-50 yıl içinde büyük gelişme göstererek
günümüzde hacim olarak metallerle hemen
hemen eşit oranda kullanılmaya başlanmıştır.
Bunun başlıca nedenleri; bu malzemelerin nispeten
ucuz, kolay işlenebilir, hafif, yüksek kimyasal ve
korozyon direncine sahip olmalarıdır.
• Ayrıca yüksek ısıl ve elektriksel özelliklere ve
yeterli mekanik özelliklere sahiptirler.
6
• Cam, karbon vb. gibi liflerle kuvvetlendirilen
plastik malzemeler, daha yüksek mekanik ve
fiziksel özelliklere sahip olurlar. Takviyeli
plastikler özellikle içten yanmalı motorların ve
uçakların yapımında kullanılır.
• Diğer bir örnek de; plastik-beton karışımından
elde edilen rijit ve çok iyi sönümleme kabiliyetine
sahip olan kompozit malzemeler, tezgah ve
diğer ağır makine gövdelerinin yapımında
kullanılır.
7
• Son yüzyıl özellikle sentetik polimerlerle ilgili
bilim ve teknolojisinin çok hızlı gelişimine tanık
olmuştur.
• Gelişmiş ve gelişmekte olan ülkelerde polimer
teknolojisi büyüme hızı %10’dan fazladır.
• Önümüzdeki yıllarda dünyada yıllık polimer
üretiminin 300-400 milyon ton olması ve
polimerik malzemelerin birçok uygulamalarda
diğer malzemelerin yerine alternatif
malzemeler olarak kullanılması
beklenmektedir.
8
• Halen büyük kapasitelerde üretilen
ve günlük hayatta kullanımı yüzlerce
tonu bulan PE, PP, PS, PVC gibi klasik
polimerlerin yanı sıra mühendislik
polimerleri de spesifik ve üstün
özellikleri nedeniyle uygulamalarda
önemli yer tutmaktadırlar.
9
10
• Epoksi reçineleri: Kapalamalarda, kompozit
yapımında, yapışkan yapımı
• Poliester: Gazlı içecekler ve su şişeleri, yağ,
şampuan ve deterjan kaplamaları
• ABS polimer: Bavul, çanta yapımı, kanalizasyon
ve atık su ve havalandırma boruları, telefon,
elektrik süpürgesi parçaları, direksiyon kılıfı,
bilgisayar kabini, otomobil far yuvası
• Polikarbonat: Şişeler, hayvan kafesleri, biberon,
ilaç şişesi, koruma amaçlı gözlükler, dürbün,
mikroskop parça yapımı
11
• Paketlemede çoğu kere polimerik malzeme
kullanılmaktadır.
• Evlerde kullanılan malzemelerin bazıları
naylondan, bazıları polipropilenden,
polyesterden veya polietilenden yapılmıştır.
• Bugün fotoğrafçılıkta kullanılan sert ve şeffaf
renkli filtreler polikarbonattan yapılmaktadır.
12
• Gözlük camlarının yerini daha hafif ve kırma indisi
camdan daha fazla olan polikarbonat almaktadır.
• Kontak lenslerde ise polimetil metakrilat
kullanılmaktadır.
• Araba farları benzer şekilde akrilatlardan
hazırlanmaktadır.
• PVC borular ziraatta kullanılan sulama sisteminin
ve evlerdeki su tesisatının en önemli
elemanlarıdır.
• PVC kapı ve pencereler ucuz ve ısı yalıtımındaki
avantajları nedeniyle binalarda kullanılmaktadır.
13
• Günümüzün otomotiv sektöründe
önemli miktarda polimer madde
kullanılmaktadır.
• Uçaklarda yakıttan tasarruf edebilmek
için metal kullanımı hızla azalmakta ve
yerini hafif özellikteki polimerik maddeler
almaktadır.
14
• Polimerlerin Özellikleri
• Küçük moleküllü maddeler genellikle gaz veya
sıvı haldedir, polimerler ise büyük moleküllü
oldukları için katı ve genellikle serttir.
• Polimer zincirler kolayca katlanmaya ve esnekliğe
meyillidir.
• Küçük moleküllü bileşikler genellikle çözücülerde
kolay çözünür, polimerler ise hem zor çözünür,
hem de çözünme şekilleri küçük moleküllü
bileşiklerden tamamen farklıdır.
15
• Küçük moleküllü bileşiklerin çözeltileri şeffaf
olduğu halde, yüksek moleküllü bileşiklerin
çözeltilerinde ışığın dağılması gözlenir.
• Küçük moleküllü bileşiklerin çözeltilerinin
kristalleşmesi genellikle kolay ve belli bir sıcaklıkta
olduğu halde, yüksek moleküllü birleşmeler için
kristalleşme olayı çok zor ve geniş bir sıcaklık
aralığında olur. Zincirlerin kristal uyumu sert bir
polimer yapar.
• Kristalleşme derecesi; polimerin kimyasal yapısı
ve zincir uzunluğu ile belirlenir.
16
• Polimerlerin Sınıflandırılması
• Molekül ağırlıklarına göre (oligomer,
makromolekül)
• Doğada bulunup, bulunmamasına göre (doğal,
yapay)
• Organik ya da anorganik olmalarına göre
• Isıya karşı gösterdikleri davranışa göre
• Zincirin kimyasal ve fiziksel yapısına göre (düz,
dallanmış, çapraz bağlı, kristal, amorf polimerler)
• Zincir yapısına göre (homopolimer, kopolimer)
• Sentezlenme şekillerine göre (kondenzasyon,
katılma
17
• Radyasyonun Polimerler Üzerindeki Etkisi
• Çapraz bağlanma ( ya da çapraz bağlama)
sonuç olarak uzun zincir polimerlerin birlikte
bağlanmasıyla molekül ağırlıklarının arttığı bir
süreçtir.
• Çapraz bağlanma ile bağlanan polimer
ürünlerinin geliştirilebilen özelliklerini şu
şekillerde sıralayabiliriz:
18
• Mekanik özellikler, gerilme direnci
• Yüksek sıcaklıktaki performans, erime
noktasında artış
• Düşük çözünürlüklü organik çözücü
kimyasallarında direnç
• Gaz geçirgenliğinin azalması
• Şekil hafızası, elastomerler çapraz bağlanarak
düşük seviyede hafıza verebilirler, daha sonra
onlar genişleyerek orijinal şekillerine geri
dönerler.
19
• Polimere bağlı farklı teknikler kullanılması
çapraz bağlanmaya neden olabilir.
• Bütün bu durumlarda, polimerin kimyasal
yapısı çapraz bağlanma süreçleri boyunca
değiştirilir. Bu ısıtma işlemi ile bağlantılı olarak
farklı bir kimyasal madde ekleme ve bazen,
basınç ile yapılabilir.
20
• Çapraz bağın en erken örneklerinden biri
lateks molekülleri arasındaki bağlantıları
oluşturan, ısı altında kükürt ekleyerek doğal
kauçuk vulkanizasyonudur.
• Alternatif olarak, polimer, yüksek enerji
iyonlaştırıcı radyasyon örneğin, elektron ışını
(ya da e-ışını, e-ışını), gama, ya da x-ışını
kullanılarak çapraz bağlanmış olabilir.
21
• Gama ışınlaması düşük dozlarda (~ 80 kGy ve
aşağıda) ve büyük, yüksek yoğunluklu parçalar
için genellikle en ekonomiktir.
• Elektron ışın genellikle küçük parçalar,
özellikle düşük yoğunluklu parçaları ve reel
lineer ürün işlenmiş makara (örneğin, tel,
kablo, boru) için kullanılır.
22
• Işınlama genellikle kimyasal olarak yavaş
reaksiyon hızlarında bazen, çeşitli şekillerde
tepki vereceğini serbest radikaller oluşturur.
• Serbest radikallerin çapraz bağlar
oluşturarak tekrar birleşebilir. Çapraz
bağlanma derecesi, polimer ve radyasyon
dozu bağlıdır.
• Çapraz bağlama için ışınlama kullanmanın
yararlarını biri çapraz bağlanma derecesi ile
kolayca bir doz miktarı ile kontrol edilebilir
olmasıdır.
23
24
25
26
Tablo 1- RADYASYON ÇAPRAZ BAĞLAMA KULLANILARAK
YAPILAN ÖNEMLİ ÜRÜNLER
• Tel ve kablo izolasyonu
• Özellikle yüksek sıcaklık uygulamaları için
Geliştirilmiş mekanik dayanım ve yalıtım özellikleri,.
Otomobil, uçak, tren, gemi ve diğer pazarlarda
kullanılır.
• Katkı maddeleri (antioksidanlar, alev geciktiriciler,
prorads, vb)
• Isı ile Küçülebilen Ürünler
• Film: ışınlanmamış filmler ile karşılaştırıldığında
düşük sıcaklıklarda düşük gaz geçirgenliği ve daha iyi
performans.
• Borulama(tubing)
27
Hidrojeller
• Kimyasal çapraz bağlayıcılarda kirlenme
olmaması
• Eş zamanlı sterilizasyonun mümkün olması
Radyasyon çapraz bağlı mühendislik plastiği
(örneğin polybutylenterephthalate, poliamid *,,,,)
ürünleri
• Çapraz hızlandırıcılar eklenerek
• Öncelikle sıcaklık direnci artırmak için
• Otomotiv ve diğer uygulamalar
28
Poliolefin köpükler
Düşük yoğunluklu sonuçlanan eriyik
viskozitesini arttırmak için köpükleştirme
işlemi sırasında çapraz bağlanması kapalı
hücreli köpük
PEX-c boru(pipe)
Yüksek sıcaklık sıhhi tesisat ve su taşıma
borusu için geliştirilmiş mekanik ve patlama
gücü
29
Vulkanizasyon
• Lastik bileşenlerini Radyasyon ön sentetik
kauçuk karıştırma izin ve termal yöntemlerle
karşılaştırıldığında enerji maliyetlerini
azaltmak
• Ekstrüde polisiloksan contalar ve tüpler
• Polisiloksan elektrik yalıtım bandı
• Polisiloksan kauçuk tabanlı / kumaş
30
• Tablo 2- RADYASYON ÇAPRAZLAMANIN
FAYDALARI VE ZARARLARI
• Faydaları
• Bileşiklere nispeten basit olarak çoğu polimer
çapraz bağlanabilir.
• Servis merkezleri bir dize dünya çapında
radyasyon çaprazlama ( crosslinking) hizmetleri
sunabilir.
• Çok yönlü teknolojisi: çapraz bağlama derecesi
dozu ile kontrol edilebilir ve küçük gruplar halinde
işlenebilir.
31
• Çapraz bağlı ürünler bir servis
merkezi ile yeni ürünün pazar
kabulünden sonra sermaye
yatırımlarının ertelenmesi ile
geliştirilebilir.
• Güvenilir
• Enerjinin verimli kullanılması
• Üründe istenmeyen artıkların için
potansiyeli olan "Temizleyici" süreci
32
• Dezavantajları
• Radyasyon çaprazlamanın faydaları tamamen
anlaşılmış değildir.
33
• Referanslar:
• 1 Robert J. Woods and Alexei K.
Pikaev, Applied Radiation Chemistry:
Radiation Processing, (John Wiley & Sons,
Inc., New York 1994).
• 2 K. Dawes and L. C. Glover, Physical
Properties of Polymers Handbook, ed. James
E. Mark (American Institute of Physics Press,
Woodbury, NY, 1996).
34
TEŞEKKÜRLER
35