Polimer Nedir?
Polimer, monomer adı verilen daha basit kimyasal birimlerin katları olan ve makromolekül olarak adlandırılan çok büyük moleküllerden oluşan doğal veya sentetik maddeler sınıfına ait herhangi bir madde. Polimerler, örneğin proteinler, selüloz ve nükleik asitler dahil olmak üzere canlı organizmalardaki birçok maddenin temelini oluşturur. Ayrıca, elmas, kuvars ve feldspat gibi minerallerin yanı sıra beton, cam, kağıt, plastik ve kauçuk gibi insan yapımı malzemelerin de temelini oluştururlar.
“Polimer” kelimesi, sayısı belirtilmemiş monomer birimlerini ifade eder. Monomer sayısı çok fazla olduğunda, bu bileşiğe bazen “yüksek polimer” denir. Polimerler, aynı kimyasal bileşime veya moleküler ağırlık ve yapıya sahip monomerlerle sınırlı değildir. Bazı doğal polimerler tek bir monomer türünden oluşur. Ancak çoğu doğal ve sentetik polimer, iki veya daha fazla farklı türde monomerden oluşur; bu tür polimerlere kopolimer denir.
Doğal Polimerler; Organik ve İnorganik
Organik polimerler, canlılarda temel yapısal malzemeler sağlayarak ve hayati yaşam süreçlerine katılarak çok önemli bir rol oynar. Örneğin, tüm bitkilerin katı kısımları polimerlerden oluşur. Bunlar arasında selüloz, lignin ve çeşitli reçineler bulunur. Selüloz, şeker moleküllerinden oluşan bir polimer olan polisakkarittir. Lignin, polimerlerden oluşan karmaşık bir üç boyutlu ağdan oluşur. Ağaç reçineleri, basit bir hidrokarbon olan izoprenin polimerleridir. Bilinen bir başka izopren polimeri ise kauçuktur.
Diğer önemli doğal polimerler arasında, amino asitlerin polimerleri olan proteinler ve nükleotidlerin polimerleri olan nükleik asitler bulunur; nükleotidler, azot içeren bazlar, şekerler ve fosforik asitten oluşan karmaşık moleküllerdir. Nükleik asitler, hücre içinde genetik bilgiyi taşır. Bitkilerden elde edilen önemli gıda enerji kaynakları olan nişastalar, glikozdan oluşan doğal polimerlerdir.
Doğada elmas ve grafit dahil olmak üzere birçok inorganik polimer de bulunur. Her ikisi de karbondan oluşur. Elmasta, karbon atomları malzemeye sertliğini veren üç boyutlu bir ağ halinde birbirine bağlanmıştır. Yağlayıcı olarak ve kurşun kalem “uçlarında” kullanılan grafitte ise karbon atomları, birbirleri üzerinde kayabilen düzlemler halinde birbirine bağlanır.
Sentetik Polimerler
Sentetik polimerler, farklı reaksiyon türleri yoluyla üretilir. Etilen ve propilen gibi birçok basit hidrokarbon, uzayan zincire birbiri ardına monomer eklenerek polimerlere dönüştürülebilir. Tekrarlanan etilen monomerlerinden oluşan polietilen, bir ilave polimeridir ve uzun sarmal zincirler halinde birleşmiş 10.000 kadar monomer içerebilir. Polietilen kristal yapılı, yarı saydam ve termoplastiktir; yani ısıtıldığında yumuşar. Kaplamalar, ambalajlar, kalıplanmış parçalar ile şişe ve kapların üretiminde kullanılır. Polipropilen de kristal yapılı ve termoplastiktir, ancak polietilenden daha serttir. Molekülleri 50.000 ila 200.000 monomerden oluşabilir. Bu bileşik, tekstil endüstrisinde ve kalıplanmış nesnelerin üretiminde kullanılır.
Diğer ekleme polimerleri arasında, sentetik kauçuk üretiminde önemli bir rol oynayan polibutadien, poliizopren ve polikloropren bulunur. Polistiren gibi bazı polimerler, termoplastik olmalarının yanı sıra oda sıcaklığında camsı ve şeffaftır. Polistiren herhangi bir renge boyanabilir ve oyuncakların ve diğer plastik nesnelerin üretiminde kullanılır.
Etilendirki bir hidrojen atomu bir klor atomuyla değiştirilirse, vinil klorür oluşur. Bu, köpükler, filmler ve lifler dahil olmak üzere çeşitli formlarda üretilebilen renksiz, sert, dayanıklı ve termoplastik bir malzeme olan polivinil klorüre (PVC) polimerize olur. Etilen ve asetik asidin reaksiyonu sonucu üretilen vinil asetat, kaplama ve yapıştırıcı olarak kullanılan amorf, yumuşak reçinelere polimerize olur. Vinil klorür ile kopolimerize olarak geniş bir termoplastik malzeme ailesi oluşturur.
Birçok önemli polimerin ana zincirinde karbon atomlarının yanı sıra oksijen veya azot atomları da bulunur. Oksijen atomları içeren bu tür makromoleküler malzemeler arasında poliacetaller yer alır. En basit poliacetal, poliformaldehittir. Yüksek erime noktasına sahip olan bu madde kristaldir ve aşınmaya ve çözücülerin etkisine karşı dayanıklıdır. Asetal reçineleri, diğer plastiklere kıyasla metale daha çok benzer ve dişliler ile rulmanlar gibi makine parçalarının üretiminde kullanılır.
Ana zincir boyunca ester gruplarının tekrarıyla karakterize edilen doğrusal bir polimere polyester denir. Açık zincirli polyesterler renksiz, kristalimsi, termoplastik malzemelerdir. Yüksek molekül ağırlığına (10.000 ila 15.000 molekül) sahip olanlar, filmlerin, kalıplanmış nesnelerin ve dacron gibi elyafların üretiminde kullanılır.
Poliamidler arasında, sütte bulunan doğal kaynaklı kazein proteini ve mısırda bulunan zein proteini yer alır. Bu proteinlerden plastikler, lifler, yapıştırıcılar ve kaplama malzemeleri üretilir. Sentetik poliamidler arasında, ısıyla sertleşen üre-formaldehit reçineleri bulunur. Bunlar, kalıplanmış nesnelerin üretiminde ve tekstil ile kağıt için yapıştırıcı ve kaplama olarak kullanılır. Naylon olarak bilinen poliamid reçineleri de önemlidir. Bunlar güçlü, ısıya ve aşınmaya dayanıklı, yanmaz ve toksik olmayan maddelerdir ve renklendirilebilirler. En bilinen kullanım alanları tekstil lifleridir, ancak birçok başka uygulama alanı da vardır.
Sentetik organik polimerlerin bir diğer önemli ailesi, üretan grubunun doğrusal tekrarlarından oluşur. Poliüretanlar, spandeks olarak bilinen elastomerik liflerin yapımında ve kaplama bazları ile yumuşak ve sert köpüklerin üretiminde kullanılır.
Farklı bir polimer sınıfı ise organik-inorganik karışık bileşiklerdir. Bu polimer ailesinin en önemli temsilcileri silikonlardır. Ana zincirleri, silikon ve oksijen atomlarının sırayla dizilmesinden oluşur ve her bir silikon atomuna organik gruplar bağlanmıştır. Düşük moleküler ağırlıklı silikonlar yağ ve greslerdir. Daha yüksek moleküler ağırlıklı türler ise çok düşük sıcaklıklarda bile yumuşak ve kauçuk benzeri özelliklerini koruyan çok yönlü elastik malzemelerdir. Ayrıca yüksek sıcaklıklarda da nispeten kararlıdırlar.
Floropolimerler olarak bilinen florokarbon içeren polimerler, son derece kararlı olan ve bileşiği çözücülere karşı dirençli hale getiren karbon-flor bağlarından oluşur. Karbon-flor bağının doğası, floropolimerlere ayrıca yapışmazlık özelliği kazandırır; bu özellik en belirgin şekilde politetrafluoroetilen (PFTE) Teflon'da görülür.
