Polimer Bozunması Nasıl Gerçekleşir ?

Polimer malzemeler üretim, işlem, kullanım gibi süreçlerde birçok yıpratıcı etkiye maruz kalır. Bu durum polimer malzemenin iç yapı, yüzey kalitesi, dayanım gibi birçok özelliğinde bozunma olayını meydana gelir. Bozunma, özelliklerin kötüleşmesine yol açan yapı parçalanmalarıdır. Elbette günümüzde polimer malzemenin bozunması istenmez. Bu nedenle polimer malzemenin üretiminde birçok katkı maddesi kullanılır ve bozunma etkisini minimum düzeyde tutmak amaçlanır. Isı stabilizatörleri, UV-stabilizatörleri, antioksidantlar bu malzemelerin başlıca olanlarıdır.

 

ISIL BOZUNMA

Polimer malzemelerin maksimum kullanım sıcaklığı mevcuttur. Bu değer polimer malzemenin camsı geçiş sıcaklığının ¾ ü olarak belirlenir. Polimer malzeme bu sıcaklığın üst seviyelerine ulaştığında polimer yapısındaki en zayıf kovalent bağ kırılır ve ısıl bozunmanın başlaması bu şekilde gerçekleşir. Bozunmanın başlaması ile zincir yapısı bozulur ve daha küçük zincirler oluşur. Bu anlamda camsı geçiş sıcaklığı, zincir hareketlerinin başladığı sıcaklıktır. Örneğin; PVC (Poli Vinil Klorür)’deki karbon-klor bağları, ana zincirdeki karbon-karbon bağlarından zayıftır ve polimer HCl açığa çıkarak bozunur.

Polimerlerin buharlaştırılması için gerekli olan enerji, polimer moleküllerinin iriliğinden dolayı polimerin yapısında bulunan kimyasal bağların kırılma enerjisinden daha yüksektir ve bu her zaman böyledir. Bu yüzden polimerler kaynamadan bozunur.

 

 

 

 

FOTO BOZUNMA

Uzun süreli UV ve görünür ışık etkisi nedeniyle polimerin renk solması, parlaklık azalması ve kırılganlığın artması gibi kalite düşürücü sonuçları doğuran bir bozunma türüdür. Polimere etkiyen ışının dalga boyu azalırsa enerjisi artar. Bu nedenle güneş kaynaklı UV-ışınları, dış ortamda kullanılan polimer malzemelerim bozunmasına neden olan en önemli ışın türüdür. Polimer yapısındaki fonksiyonel gruplar, UV- ışınlarının enerjisini absorplar. 280 nm dalga boyuna sahip olan ışınlar C-C (karbon-karbon) bağlarını kırabilecek yeterliliğe sahiptir.

 

 

OKSİDATİF BOZUNMA

Oksidatif bozunma polimerlerde çok yaygın olarak gerçekleşen bir bozunma tipidir. Ekstrüder içerisinde oksidasyon, yüksek sıcaklıklarda gerçekleşmektedir. Böylece bozunma bir termo-oksidatif bozunma haline gelmektedir. Oksijen, polimerlerin bozunmasını hızlandıran elementtir.

Serbest radikallerin oluşması oksidatif bozunmanın başlamasına neden olur. Polimer zinciri üzerinde ısı, ışık, mekanik vb. birtakım etkilerle H (Hidrojen) kopunca oluşan radikalik zincir havadaki O (Oksijen) ile tepkimeye girer.  Oksidatif bozunma başladığında reaksiyon kendi kendine çoğalma özelliğine sahiptir ve reaksiyonda bulunan kimyasal gruplar tükenene kadar bu süreç devam eder. Oksidasyon reaksiyonunun nihai sonucunda, organik malzemedeki karbon ve hidrojen; karbondioksit ve suya dönüşmektedir. Polimerlerde oksidatif bozunma zincir bölünmesini endüklemekte, mekanik özellikleri düşürmekte ve karbonil grup sayısını arttırmaktadır.

 

 

Başlama;   RH + O2 → R⋅ + HO2 (Ea=126-189 kj/mol)*

                   2RH → 2R⋅ + H2 (iki moleküllü; Ea=28-410 kj/mol)

                   2RH + O2 → 2R⋅ + H2O2 (üç moleküllü)

Yayılma;     R⋅ + O2 RO2 (Ea≅0) RO2⋅ + RH → ROOH + R

Sonlanma;  RO2⋅ + RO2⋅ →R⋅ + R⋅ →R⋅ + RO2⋅→

                                   *Ea : Aktivasyon enerjisi

 

 

HİDROLİTİK BOZUNMA

Bir polimerin ortamda bulunan su ile etkileşime girmesi nedeniyle gerçekleşen bozunmaya hidrolitik bozunma denir. Hidrolitik bozunma, su geçirgenliği yüksek olan ve suda çözünebilen polimerlerde daha hızlı gerçekleşir. Özellikle suda çözünebilen polimerlerde ve su geçirgenliği yüksek polimerlerde hidrolitik bozunma hızlıdır ancak suda çözünmeyen polimerlerde yalnızca yüzeyde bozunma gözlenir.

Örneğin; PET ortamda su olması durumunda yüksek sıcaklıklarda ve yüksek basınçta, hidrolize maruz kalarak PTA ve MEG’a parçalanmaktadır. Bu reaksiyon için muhtemel bir mekanizma aşağıdaki denklemde verilmiştir;

 

 

 

 

Ali Kazım YAVUZ

Metalurji ve Malzeme Mühendisliği

Gazi Üniversitesi

 

 

 

Kaynak:

1- SAÇAK Mehmet, “Polimer Teknolojisi”, Gazi kitapevi, Ankara, 2010.

2- Prof.Dr. İbrahim USLU, Termik Analiz Yöntemleri. 

3- J.M.G. COWIE “Polymers: Chemistry & Physics of Modern Materials” 2nd Edition CRC Press

4- CALLISTER, W. (2015). Malzeme Bilimi ve Mühendisliği. İstanbul: Nobel Yayın.

 

0

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir