Polimer mühendisliği
Genellikle polimer malzemeleri tasarlayan, analiz eden ve değiştiren bir mühendislik alanıdır. Polimer mühendisliği, petrokimya endüstrisi, polimerizasyon, polimerlerin yapısı ve karakterizasyonu, polimerlerin özellikleri, polimerlerin birleştirilmesi ve işlenmesi ve ana polimerlerin tanımı, yapı özellik ilişkileri ve uygulamalarının yönlerini kapsar.
Tarihçe
[değiştir | kaynağı değiştir]“Polimer” kelimesi İsveçli kimyager J. J. Berzelius tarafından tanıtıldı. Örneğin Benzenin (C
6H
6) bir asetilen (C
2H
2) polimeri olduğunu düşündü. Daha sonra bu tanım ince bir değişikliğe uğramıştır.[1]
İnsanlarda polimer kullanımının tarihi, doğal polimerlerin kimyasal modifikasyonuna girdiği 19. yüzyılın ortalarına dayanır. Goodyear'ın ham kauçuğu bir kauçuğa dönüştüren kauçuk vulkanizasyon araştırmalarında kritik bir ilerleme bulmuştur.[2] 1870'te J. W. Hyatt, nitroselülozu plastikleştirerek nitroselüloz plastikleri endüstriyel hâle getirmek için kâfur kullanır. 1907 L. Baekeland, 1920'lerde sanayileşen ilk sentetik plastik ürün olan ısıyla sertleşen ilk fenolik reçinenin sentezini bildirdi.[3] 1920'de H. Standinger, polimerlerin ortak kovalent bağlar yoluyla yapısal birimlerle bağlanan uzun zincirli moleküller olduğunu öne sürdü.[4] Bu sonuç, modern polimer biliminin kurulmasının temelini attı. Daha sonra, Carothers sentetik polimerleri iki geniş kategoriye ayırdı, yani bir polikondansasyon reaksiyonu ile elde edilen bir polikondensat ve bir polikadisyon reaksiyonu ile elde edilen bir ilave polimer. 1950'ler K. Ziegler ve G. Natta bir koordinasyon polimerizasyon katalizörü keşfettiler ve stereo-düzenli polimerlerin sentezi çağına öncülük ettiler. Makromolekül kavramının oluşturulmasından sonraki on yıllarda, yüksek polimerlerin sentezi hızlı bir gelişme kaydetmiş ve birçok önemli polimer birbiri ardına sanayileşmiştir.
Sınıflandırma
[değiştir | kaynağı değiştir]Polimerlerin temel olarak termoplastikler, elastomerler ve termosetlere bölünmesi, uygulama alanlarının tanımlanmasına yardımcı olur.
Termoplastikler
[değiştir | kaynağı değiştir]Isıyla yumuşama ve soğutma sertleştirme özelliklerine sahip bir plastiği ifade eder. Günlük hayatımızda kullandığımız plastiklerin çoğu bu kategoriye giriyor. Isıtıldığında yumuşar ve hatta akar ve soğuması sertleşir. Bu işlem tersine çevrilebilir ve tekrarlanabilir. Termoplastikler nispeten düşük çekme modülüne sahiptir, ancak aynı zamanda daha düşük yoğunluklara ve şeffaflık gibi özelliklere sahiptir, bu özellik tüketici ürünleri ve tıbbi ürünler için ideal kılar. Tümü yaygın olarak kullanılan malzemelerden olan polietilendendir, polipropilen, naylon, asetal reçine, polikarbonat ve PET'i içerir.[5]
Elastomerler
[değiştir | kaynağı değiştir]Bir elastomer genel olarak, bir dış kuvvetin kaldırılmasından sonra orijinal durumuna geri döndürülebilen bir malzemeye değinmektedir, halbuki esnekliğe sahip bir malzeme zorunlu olarak bir elastomer değildir. Elastomer yalnızca zayıf gerilim altında deforme olur ve gerilim, orijinal duruma ve boyutuna yakın bir polimer malzemeye hızla geri yüklenebilir. Elastomerler, çok düşük modüllere sahip olan ve gerildiğinde geri dönüşümlü uzama gösteren polimerlerdir; bu, titreşim emilimi ve sönümleme için değerli bir özelliktir. Lastikler gibi çoğu geleneksel kauçuk ürünlerinde olduğu gibi termoplastik (ki bu durumda Termoplastik elastomerler olarak bilinirler) veya çapraz bağlı olabilirler. Geleneksel olarak kullanılan tipik kauçuklar arasında doğal kauçuk, nitril kauçuk, polikloropren, polibutadien, stiren-bütadien ve florlu kauçuklar bulunur.
Termosetler
[değiştir | kaynağı değiştir]Termosetler Bir ısıyla sertleşen reçine ana bileşen olarak kullanılır ve bir ürün oluşturan bir plastik, çeşitli gerekli katkı maddeleriyle birlikte bir çapraz bağlama kürleme işlemiyle oluşturulur. Üretim veya kalıplama işleminin erken aşamasında sıvıdır ve sertleştikten sonra çözünmez ve infüze edilemez ve tekrar eritilemez veya yumuşatılamaz. Yaygın termoset plastikler fenolik plastikler, epoksi plastikler, aminoplastlar, doymamış polyesterler, alkid plastikler ve benzerleridir. Termoset plastikler ve termoplastikler birlikte sentetik plastiklerin iki ana bileşenini oluşturur. Termoset plastikler iki türe ayrılır: formaldehit çapraz bağlama tipi ve diğer çapraz bağlama tipi.
Termosetler fenolik reçineler, polyesterler ve epoksi reçineleri içerir ve bunların tümü cam elyafı ve aramidler gibi sert elyaflarla takviye edildiğinde kompozit malzemelerde yaygın olarak kullanılır. Çapraz bağlama, bu malzemelerin termoset polimer matrisini stabilize ettiğinden, çelik gibi geleneksel mühendislik malzemelerine daha benzer fiziksel özelliklere sahiptirler. Bununla birlikte, metallere kıyasla çok daha düşük yoğunlukları, onları hafif yapılar için ideal kılar. Ek olarak, yorgunluktan daha az acı çekerler, bu nedenle kullanım sırasında düzenli olarak gerilen güvenlik açısından kritik parçalar için idealdirler.
Kullanılan mazemeler
[değiştir | kaynağı değiştir]Plastik
[değiştir | kaynağı değiştir]Poliadisyon polimerizasyonu ve polikondenzasyon ile polimerize edilen bir polimer bileşiğidir. Kompozisyonu ve şekli değiştirmek ücretsizdir. Sentetik reçineler ve dolgu maddeleri, plastikleştiriciler, stabilizatörler, yağlayıcılar, renklendiriciler ve diğer katkı maddelerinden oluşur.[6] Plastiğin ana bileşeni reçinedir. Reçine, polimer bileşiğine çeşitli katkı maddeleri eklenmediği anlamına gelir. Reçine terimi, orijinal olarak, reçine ve gomalak gibi bitki ve hayvanlardan yağ salgılanması için adlandırılmıştır. Reçine, plastiğin toplam ağırlığının yaklaşık% 40 -% 100'ünü oluşturur. Plastiğin temel özellikleri esas olarak reçinenin doğası tarafından belirlenir, ancak katkı maddeleri de önemli bir rol oynar. Bazı plastikler temelde pleksiglas, polistiren vb. Gibi katkı maddeleri içeren veya içermeyen sentetik reçinelerden yapılır.[7]
Fiber
[değiştir | kaynağı değiştir]Elyaf, bir maddenin sürekli veya süreksiz bir filamentini ifade eder. Hayvanlar ve bitki lifleri, dokunun korunmasında önemli bir rol oynar. Lifler yaygın olarak kullanılır ve iyi iplikler, iplik uçları ve kenevir ipleri halinde dokunabilir. Kağıt yaparken veya dokunurken lifli katmanlara da dokunabilirler. Kompozitler oluşturmak için diğer malzemelerle birlikte diğer malzemeleri yapmak için de yaygın olarak kullanılırlar. Bu nedenle, ister doğal ister sentetik elyaf filamentli malzeme olsun. Modern yaşamda, elyaf uygulaması her yerde bulunur ve birçok yüksek teknoloji ürünü vardır.[8]
Kauçuk
[değiştir | kaynağı değiştir]Oldukça elastik polimer malzemeleri ve geri dönüştürülebilir şekilleri ifade eder. Oda sıcaklığında elastiktir ve küçük bir dış kuvvetle deforme olabilir. Dış kuvvet kaldırıldıktan sonra orijinal durumuna dönebilir. Kauçuk, düşük cam geçiş sıcaklığına ve genellikle birkaç yüz binden fazla olan büyük bir ağırlığa sahip tamamen amorf bir polimerdir. Son derece elastik polimer bileşikler, doğal kauçuk ve sentetik kauçuk olarak sınıflandırılabilir. Doğal kauçuk işleme bitkilerden sakız kauçuğu ve çimen kauçuğu ekstreler; sentetik kauçuk çeşitli monomerlerle polimerize edilir. Kauçuk, elastik, yalıtkan, su geçirmeyen, hava geçirmeyen malzemeler olarak kullanılabilir.
Kullanım alanları
[değiştir | kaynağı değiştir]Polietilen
[değiştir | kaynağı değiştir]
Yaygın olarak kullanılan polietilenler, düşük yoğunluklu polietilen (LDPE), yüksek yoğunluklu polietilen (HDPE) ve doğrusal düşük yoğunluklu polietilen (LLDPE) olarak sınıflandırılabilir. Bunlar arasında, HDPE daha iyi termal, elektriksel ve mekanik özelliklere sahipken, LDPE ve LLDPE daha iyi esnekliğe, darbe özelliklerine ve film oluşturma özelliklerine sahiptir. LDPE ve LLDPE esas olarak plastik torbalar, plastik sargılar, şişeler, borular ve kaplar için kullanılır; HDPE, birçok farklı çözücüye dirençli olduğu için film, boru hatları ve günlük ihtiyaçlar gibi çeşitli alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır.[8]
Polipropilen
[değiştir | kaynağı değiştir]Polipropilen, iyi kimyasal direnci ve kaynaklanabilirliği nedeniyle çeşitli uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Emtia plastikleri arasında en düşük yoğunluğa sahiptir. Ambalaj uygulamalarında, tüketim mallarında, otomatik uygulamalarda ve medikal uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Polipropilen levhalar, yüksek gerilme mukavemeti, yüksek sıcaklıklara dayanıklılık ve korozyon direnci gibi özelliklerinden dolayı endüstriyel sektörde asit ve kimyasal tanklar, levhalar, borular, İade Edilebilir Nakliye Ambalajları (RTP) vb. Üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır.[9]
Kompozitler
[değiştir | kaynağı değiştir].jpg)
tipik kullanımları, havacılık ve otomobiller için monokok yapıların yanı sıra oltalar ve bisikletler gibi daha sıradan ürünlerdir. Gizli bombardıman uçağı tamamen kompozit ilk uçaktı, ancak Airbus ve Boeing 787 gibi birçok yolcu uçağı, gövdelerinde hidrofobik melamin köpük gibi artan oranda kompozit kullanıyor.[10] Kompozitlerin oldukça farklı fiziksel özellikleri, tasarımcılara parçaları şekillendirmede çok daha fazla özgürlük sağlar, bu nedenle kompozit ürünler genellikle geleneksel ürünlerden farklı görünür. Öte yandan, tahrik milleri, helikopter rotor kanatları ve pervaneler gibi bazı ürünler, bu tür bileşenlerin temel işlevsel ihtiyaçları nedeniyle metal öncülerle aynı görünmektedir.
Biyomedikal alanındaki kulanım
[değiştir | kaynağı değiştir]Biyolojik olarak parçalanabilen polimerler, birçok biyomedikal ve farmasötik uygulama için yaygın olarak kullanılan malzemelerdir. Kontrollü ilaç verme cihazları için çok umut verici kabul edilirler. Biyolojik olarak parçalanabilen polimerler ayrıca yara yönetimi, ortopedik cihazlar, diş uygulamaları ve doku mühendisliği için büyük bir potansiyel sunar. Biyolojik olarak parçalanamayan polimerler gibi, vücuttan ikinci bir çıkarma aşaması gerektirmezler. Biyolojik olarak parçalanabilen polimerler, amacına hizmet ettikten sonra parçalanır ve vücut tarafından emilir. 1960'tan beri glikolik asit ve laktik asitten hazırlanan polimerler tıp endüstrisinde çok sayıda kullanım alanı bulmuştur. Polilaktatlar (PLA'lar), hızlı ve ayarlanabilir bozunma oranları nedeniyle ilaç dağıtım sistemleri için popülerdir.[11]
Zar teknolojisi
[değiştir | kaynağı değiştir]Zar teknikleri, sıvı ve gaz sistemlerinde ayırmada yıllardır başarıyla kullanılmaktadır ve polimerik zarlar, daha düşük üretim maliyetlerine sahip olmaları ve yüzeylerini modifiye etmenin kolay olması nedeniyle farklı ayırma işlemlerine uygun hale getirmeleri nedeniyle en yaygın olarak kullanılmaktadır. Polimerler, biyolojik aktif bileşiklerin ayrılması için uygulama, yakıt hücreleri için proton değişim zarları ve karbondioksit yakalama işlemi için zar müteahhitleri dahil olmak üzere birçok alanda yardımcı olur.
İlgili kullanım alanı başlıkları
[değiştir | kaynağı değiştir]- Petrol / Kimya / Mineral / Jeoloji
- Hammaddeler ve işlem
- Yenilenebilir enerji
- Otomobiller ve yedek parçalar
- Endüstri
- Elektronik /Teknoloji / Yarı İletken / Entegre Devre
- Makine / Ağır Sanayi
- Tıbbi ekipman / aletler
Kaynakça
[değiştir | kaynağı değiştir]- ^ Sharma, Rajiv (1991). "Convenient use of applicators for PTLC". Journal of Chemical Education (İngilizce). 68 (1): 70. doi:10.1021/ed068p70. ISSN 0021-9584. 11 Ekim 2019 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 28 Mayıs 2021.
- ^ Meister, John J. (2000). Polymer modification : principles, techniques, and applications. First edition. Boca Raton, FL. ISBN 978-1-4822-6981-9. OCLC 1075130719.
- ^ Rezwan, K.; Chen, Q.Z.; Blaker, J.J.; Boccaccini, Aldo Roberto (2006). "Biodegradable and bioactive porous polymer/inorganic composite scaffolds for bone tissue engineering". Biomaterials (İngilizce). 27 (18): 3413-3431. doi:10.1016/j.biomaterials.2006.01.039. 2 Ekim 2020 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 28 Mayıs 2021.
- ^ Brinson, H. F. (2008). Polymer engineering science and viscoelasticity : an introduction. L. C. Brinson. New York: Springer. ISBN 978-0-387-73861-1. OCLC 261324659.
- ^ "Thermoplastics :: PlasticsEurope". www.plasticseurope.org. 25 Ocak 2019 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 28 Mayıs 2021.
- ^ Larson, Ronald G; Brenner, Howard (2014). Constitutive Equations for Polymer Melts and Solutions: Butterworths Series in Chemical Engineering (İngilizce). Saint Louis: Elsevier Science. ISBN 978-1-4831-6286-7. OCLC 1040036368.
- ^ Rodriguez, Ferdinand; Cohen, Ferdinand; Ober, Christopher K.; Archer, Lynden (2003). Principles of Polymer Systems. 0 (İngilizce). CRC Press. doi:10.1201/b12837. ISBN 978-0-429-20581-1. 2 Nisan 2019 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 28 Mayıs 2021.
- ^ a b Ho, Peter K. H; Kim, Ji-Seon (2000). "Molecular-scale interface engineering for polymer light-emitting diodes". Nature (İngilizce). 404 (6777): 481-484. ISSN 0028-0836. OCLC 927049007.
- ^ "Polypropylene (PP) Plastic: Types, Properties, Uses & Structure Info". omnexus.specialchem.com (İngilizce). 3 Ocak 2019 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 28 Mayıs 2021.
- ^ "Polymer Technologies Receives 2012 Boeing Award". www.polytechinc.com. 7 Mart 2015 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 28 Mayıs 2021.
- ^ Tylkowski, Bartosz; Wieszczycka, Karolina; Jastrzab, Renata, (Ed.) (25 Eylül 2017). "Polymer Engineering". doi:10.1515/9783110469745.
