Başlıca endüstriyel polimerler , sentetik endüstriyel malzemelerin üretiminde kullanılan kimyasal bileşikler.
Plastiklerin, elastomerlerin, suni ve sentetik liflerin, yapıştırıcıların ve yüzey kaplamalarının ticari üretiminde çok çeşitli polimerler kullanılmaktadır. Bu bileşikleri sınıflandırmanın birçok yolu vardır. Makalede, polimerlerin kimyası olan endüstriyel polimerler, zincir büyümesi veya aşamalı büyüme reaksiyonlarıyla oluşup oluşmadıklarına göre kategorize edilir. Plastikte (termoplastik ve ısıyla sertleşen reçineler), polimerler, seçici çözücüler içinde çözünebilen ve ısı ile tersine çevrilebilir şekilde yumuşatılabilenler (termoplastikler) ile çözünür olmayan ve ayrışma olmaksızın ısı ile yumuşatılamayan üç boyutlu ağlar oluşturan polimerler arasında bölünmüştür. (termosetler). Suni ve sentetik lif makalesinde, lifler ya değiştirilmiş doğal polimerlerden yapılmış ya da tamamen sentetik polimerlerden yapılmış olarak sınıflandırılır.
Bu makalede, ticari olarak kullanılan başlıca polimerler, makromolekülleri oluşturan bağlantılı tekrar eden birimlerin zincirleri olan "omurgalarının" bileşimine göre bölünmüştür. Bileşime göre sınıflandırılan endüstriyel polimerler, ya karbon zincirli polimerler (viniller olarak da adlandırılır) ya da hetero zincir polimerlerdir (aynı zamanda karbon olmayan zincir veya nonviniller olarak da adlandırılır). Karbon zinciri polimerlerinde, adından da anlaşılacağı gibi, omurgalar karbon atomları arasındaki bağlantılardan oluşur; hetero zincir polimerlerde, oksijen, nitrojen, sülfür ve silikon dahil olmak üzere, omurgalarda bir dizi başka element birbirine bağlanır.
Karbon zincirli polimerler
Poliolefinler ve ilgili polimerler
Şimdiye kadar en önemli endüstriyel polimerler (örneğin, hemen hemen tüm ticari plastikler) polimerleştirilmiş olefinlerdir. Olefinler, molekülleri bir çift bağ ile birbirine bağlanmış bir çift karbon atomu içeren hidrokarbonlardır (hidrojen [H] ve karbon [C] içeren bileşikler). Çoğunlukla doğal gazdan veya petrolün düşük moleküler ağırlıklı bileşenlerinden türetilirler, etilen, propilen ve buten (butilen) içerirler.
Olefin molekülleri genel kimyasal formül CH ile temsil edilen 2 bileşimi değişen bir atomu ya da yan molekül grubunu temsil eden R, = CHR. Bir polimerik molekülün tekrar eden birimi olarak, kimyasal yapıları şu şekilde temsil edilebilir:
R'nin bileşimi ve yapısı, olası özelliklerin hangisinin polimer tarafından gösterileceğini belirler.
Polietilen (PE)
Genellikle etan gazının parçalanmasıyla üretilen etilen, en büyük tek plastik sınıfı olan polietilenlerin temelini oluşturur. Etilen monomerin kimyasal bileşimi CH sahip 2 = CH 2 ; tekrar eden polietilen birimi olarak aşağıdaki kimyasal yapıya sahiptir:
Bu basit yapı, Şekiller 1 ve 2'de gösterilenler gibi doğrusal veya dallı formlarda üretilebilir. Dallı versiyonlar, düşük yoğunluklu polietilen (LDPE) veya doğrusal düşük yoğunluklu polietilen (LLDPE) olarak bilinir; doğrusal versiyonlar, yüksek yoğunluklu polietilen (HDPE) ve ultra yüksek moleküler ağırlıklı polietilen (UHMWPE) olarak bilinir.
1899'da bir Alman kimyager olan Hans von Pechmann, diazometanın eterde kendiliğinden ayrışması sırasında beyaz bir çökelti oluşumunu gözlemledi. 1900 yılında bu bileşik Alman kimyagerler Eugen Bamberger ve polimetilen Friedrich Tschirner ([CH ile tanımlandı 2 ] n ), polietilen hemen hemen aynı olan bir polimer içerir. 1935'te İngiliz kimyagerler Eric Fawcett ve Reginald Gibson, etileni yüksek basınçta benzaldehit ile reaksiyona sokmaya çalışırken mumlu, katı PE elde ettiler. Ürünün çok az potansiyel kullanımı olduğu için geliştirme yavaştı. Sonuç olarak, ilk endüstriyel PE - aslında düzensiz bir şekilde dallanmış bir LDPE - Imperial Chemical Industries (ICI) tarafından 1939'a kadar üretilmedi. İlk olarak II.Dünya Savaşı sırasında radar kabloları için bir izolatör olarak kullanıldı.
1930'da EI du Pont de Nemours & Company, Inc.'de danışman olarak çalışan Amerikalı bir kimyager olan Carl Shipp Marvel, yüksek yoğunluklu bir ürün keşfetti, ancak DuPont malzemenin potansiyelini fark edemedi. Ziegler'in gerçekte Erhard Holzkamp ile birlikte ürettiği lineer HDPE'yi icat ettiği için 1963'te Nobel Kimya Ödülü'nü kazanmak için Kaiser Wilhelm (şimdiki Max Planck) Kömür Araştırma Enstitüsü'nden Karl Ziegler'e kaldı 1953, reaksiyonu bundan böyle Ziegler katalizörü olarak bilinen bir organometalik bileşik ile düşük basınçta katalize etti. Bilim adamları daha sonra farklı katalizörler ve polimerizasyon yöntemleri kullanarak çeşitli özellik ve yapılara sahip PE'ler ürettiler. Örneğin LLDPE, 1968'de Phillips Petroleum Company tarafından tanıtıldı.
LDPE, peroksit başlatıcıların varlığında çok yüksek basınçlar (350 megapaskal veya inç kare başına 50.000 pound'a kadar) ve yüksek sıcaklıklar (350 ° C veya 660 ° F'ye kadar) altında gaz halindeki etilenden hazırlanır. Bu işlemler, hem uzun hem de kısa dallara sahip bir polimer yapı sağlar. Sonuç olarak, LDPE yalnızca kısmen kristaldir ve yüksek esnekliğe sahip bir malzeme sağlar. Başlıca kullanım alanları ambalaj filmi, çöp ve market poşetleri, tarımsal malç, tel ve kablo yalıtımı, sıkma şişeleri, oyuncaklar ve ev eşyalarıdır.
Bazı LDPE klor (Cl) ya da klor ve sülfür dioksit (SO ile reaksiyona sokulur 2 polimer zincirlerindeki klor ya da klorosülfonil grupların eklenmesi için). Bu tür modifikasyonlar, neredeyse kristal olmayan ve elastik bir malzeme olan klorlanmış polietilen (CM) veya klorosülfonlanmış polietilen (CSM) ile sonuçlanır. Vulkanizasyona benzer bir işlemde, moleküllerin çapraz bağlanması, malzemeyi kauçuksu bir katı haline getirerek, klorin veya klorosülfonil grupları aracılığıyla gerçekleştirilebilir. Ana polimer zincirleri doymuş olduğundan, CM ve CSM elastomerleri oksidasyona ve ozon saldırısına karşı oldukça dirençlidir ve klor içeriği, hidrokarbon yağların neden olduğu şişmeye karşı biraz alev direnci ve direnç sağlar. Esas olarak hortumlar, kayışlar, ısıya dayanıklı contalar ve kaplamalı kumaşlar için kullanılırlar.
LLDPE yapısal olarak LDPE'ye benzer. Etilenin Ziegler-Natta veya metalosen katalizörleri kullanılarak 1-buten ve daha az miktarlarda 1-heksen ve 1-okten ile kopolimerize edilmesiyle yapılır. Ortaya çıkan yapının doğrusal bir omurgası vardır, ancak LDPE'nin daha uzun dalları gibi, polimer zincirlerinin birbirine yakın bir şekilde paketlenmesini önleyen kısa, tek tip dallara sahiptir. LLDPE'nin başlıca avantajları, polimerizasyon koşullarının daha az enerji yoğun olması ve polimer özelliklerinin, komonomer tipi ve miktarı (etilen ile kopolimerize edilmiş monomer) değiştirilerek değiştirilebilmesidir. Genel olarak, LAYPE, AYPE ile benzer özelliklere sahiptir ve aynı pazarlar için rekabet etmektedir.
HDPE, Ziegler-Natta ve metalosen katalizörleri veya aktive edilmiş krom oksit (Phillips katalizörü olarak bilinir) kullanılarak düşük sıcaklıklarda ve basınçlarda üretilir. Dalların olmaması, polimer zincirlerinin birbirine yakın bir şekilde paketlenmesine izin vererek yoğun, oldukça kristal yapıda, yüksek mukavemetli ve orta sertlikte bir malzeme ortaya çıkarır. Kullanım alanları arasında süt ve ev temizleyicileri için üflemeli kalıplanmış şişeler ve enjeksiyon kalıplı kovalar, şişe kapakları, cihaz muhafazaları ve oyuncaklar bulunur.
UHMWPE, HDPE için 500.000 atomik birim yerine 3 milyon ila 6 milyon atomik birimlik moleküler ağırlıklarla yapılır. Bu polimerler, lifler halinde bükülebilir ve oldukça kristal bir duruma çekilebilir veya gerilebilir, bu da yüksek sertlik ve çeliğin birçok katı gerilme mukavemeti ile sonuçlanır. Bu liflerden yapılan iplikler kurşun geçirmez yelekler halinde dokunur.
