GAZİANTEP ÜNİVERSİTESİ

1. GAZİANTEP ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ , FİZİK MÜHENDİSLİĞİ ENGINEERING FACULTY, ENGINEERING OF PHYSICS LEVENT GÜNAYDIN, MUSTAFA YILMAZ

2. Radyasyonun Polimerler Üzerindeki Etkisi

3. Polimer • Polimer; tekrarlanan yapısal kümelerin oluşturduğu yüksek molekül ağırlıklı bileşiklerolarak tanımlanmıştır. • Polimeri oluşturan herbir küçük molekül ise monomerolarak adlandırılır. • Buna basit bir örnek olarak “Polistiren” (polystyrene) verilebilir. Polistiren birçok stirenmonomerinin bir araya gelmesi ile oluşur. Stiren(styrene) Polistiren(polystyrene)

4. 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.

5. 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.

6. • 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.

7. 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.

8. 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 polimerikmalzemelerin birçok uygulamalarda diğer malzemelerin yerine alternatif malzemeler olarak kullanılması beklenmektedir.

9. • 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.

11. 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

12. 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.

13. Gözlük camlarının yerini daha hafif ve kırma indisi camdan daha fazla olan polikarbonat almaktadır. • Kontak lenslerde ise polimetilmetakrilat 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.

14. Günümüzün otomotiv sektöründe önemli miktarda polimer madde kullanılmaktadır. • Uçaklarda yakıttan tasarruf edebilmek için metal kullanımı hızla azalmakta ve yerini hafif özellikteki polimerik maddeler almaktadır.

15. 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.

16. 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.

17. 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

18. 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:

19. 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.

20. 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.

21. 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.

22. 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.

23. 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.

27. 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)

28. 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

29. 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

30. Vulkanizasyon •   Lastik bileşenlerini Radyasyon ön sentetik kauçuk karıştırma izin ve termal yöntemlerle karşılaştırıldığında enerji maliyetlerini azaltmak • Ekstrüdepolisiloksan contalar ve tüpler • Polisiloksan elektrik yalıtım bandı • Polisiloksan kauçuk tabanlı / kumaş

31. 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.

32. 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

33. Dezavantajları • Radyasyon çaprazlamanın faydaları tamamen anlaşılmış değildir.

34. Referanslar: • 1      Robert J. WoodsandAlexei K. Pikaev, AppliedRadiationChemistry: RadiationProcessing, (John Wiley & Sons, Inc., New York 1994). • 2      K. Dawesand L. C. Glover, PhysicalProperties of PolymersHandbook, ed. James E. Mark (AmericanInstitute of PhysicsPress, Woodbury, NY,  1996).

35. TEŞEKKÜRLER