Sitemizin Sürekliliği için Lütfen Sponsor Bağlantılarına Tıklayınız.

Gönderen Konu: Lif Kimyası  (Okunma sayısı 8754 defa)

agbulaka

  • Yönetici
  • Tam Üye
  • *****
  • İleti: 142
    • Profili Görüntüle
Lif Kimyası
« : 17 Ocak 2010, 19:17:11 »
Kimyasal lifler bulununcaya kadar sadece bir kaç farklı çeşit lif doğada mevcuttu. Ve bu yüzyıla kadar bu liflerdeki moleküllerin yapısı(doğası) hakkında düzgün bir fikir yoktu.

Bu yüzyılın ilk yıllarında plastiklerin moleküler yapısı incelenmeye izin veren bilgiyi elde etmeye başladılar. Bu ,lastik, selüloz, yün ve diğer proteinler gibi doğal materyallerin araştırmasıyla birlikte bu materyallerin moleküllerinin binlerce atom, kimyasal bağlardan birleşerek oluştuğunu saptadı.

Şu anda onaylandı ki büyük moleküllerin içinde 10-20 atomdan oluşmuş alt üniteleri vardır. Büyük moleküller bazı alt ünitelerin arka arkaya dizilmesiyle oluşuyordu. Buna polimer dendi.

Birkaç yıl önce bütün polimerler bugün bilinmediği gibi kullanılıyordu. Bugünlerde onlarsız yaşam kesinlikle düşünülemez. Telefonlar, kovalar, sıkıştırılabilen borular, ayakkabılar ve lifler bugün polimerler kullanılarak yapılan ve yaşamımızda her gün kullandığımız nesnelere birkaç örnek.

Yukarıda listelenen nesnelerin çeşitli özellikleri hayret veridir ve hepsi polimerlerden yapılmıştır. Kimyasallarında özelliklerinin çeşitli oluşu bir o kadar şaşırtıcıdır.

Liflerin yapısını anlamak için polimerler hakkında daha fazla detaya ihtiyaç vardır.

POLİMERLER

Polimerler küçük moleküllerin arka arkaya dizilmesiyle oluşur. Küçük moleküller monomerlerdir ve birleşme işlemi polimerizasyon olarak adlandırılır. Polimer moleküllerinde birbirlerine bağlanan monomer moleküllerinin sayısı polimerizasyon derecesi olarak adlandırılır.
Doğal liflerin polimerizasyon derecesi bitkinin büyümesindeki doğa tarafından belirlenir. Bir pamuk lifi 5000-10000 polimerizasyon derecesine sahiptir. Bu, ortalama 5000-10000 arası ünitenin birleştiğini gösterir. Bir pamuk polimer molekülünde polimermolekülü ortalama 5000 monomer uzunluğunda ama 0,8 mm inceliğindedir. Buradan anlaşılan şudur ki, eğer düşünürsek, bu polimer normal bir kalem kadar incedir ve uzunluğu yaklaşık 50 metredir;ki bu uzunluk bir futbol sahasının yarısıdır.

Kimyasal polimerlerde liflerde dahil olmak üzere, polimerizasyon derecesi üretim işlemi anında kontrol edilmektedir. Bu lifin özelliklerinin belirlenmesinde çok önemlidir. Özellikle direnç ve boylanılabilirlik için önemlidir. Bazı polimerler 2 veya daha çok monomerlerin birlikte reaksiyon vermesinden oluşur. Bu polimerler Co-Polimer (Yardımcı polimer)lerdir. Co-Polimerleri oluşturan monomerlerin sırasında belirli bir düzen yoktur. Co-polimerler kesin kullanımlar için uygun özelliklere sahip polimer üretimi denenerek oluşur.
Homo polimerler tek monomerden oluşan polimerdir ki bir co-polimer 2 monomerden üretilir.

Bazı polimerler ısıtıldığında incelirler, hafiflerler ve bazı durumlarda erirler. Erimiş polimerler kalıp yada lif biçimine dönüşmeye, spinneretdaki ince delikten geçirilerek zorlanabilir. Polimer soğutularak kalıp şeklinde ya da lif olarak tekrar katılaşacaktır. Bu şekilde eriyen polimerlerin adı Thermoplastic'tir.

Termoplastik örnekleri politen, polipropilen, polistrayn, poliamid ve polyesterdir. Termoplastik lifleri ısı bariyer(heat-set)i olabilirler. Bu , liflerin deformasyonuna ve belirli bir süre belirli sıcaklıkta ısıtmaya bağlı kalıcı deformasyondur. Isı bariyerinin kullanımına bir örnek pantolondaki ve etekteki pilelerdir.

Diğer polimerler ısıtmayla erimez ya da incelmez. Onlar sadece kalıba yapı taşlarının enjekte edilmesi ve sonra ısıtılarak polimerizasyonuyla şekillendirilebilirler. Bu polimere Termosetting denir. Örnekleri polyuretane, fenol , melanindir. Termosetting polimerleri ısıtılınca eriyen tencerenin kulpu gibi maddelerin yapımında kullanılır. Bunlar lifler için kullanılmaz.

Termoplastik ve termosetting polimerlerinin moleküler yapıları arasında farklılıklar vardır.
İki çeşit polimerizasyon işlemi vardır.Eklemeli polimerizasyon, Yoğunlaştırılmış polimerizasyon...

Eklemeli polimerizastonda yapıtaşında bulunan tüm atomlar polimerde de bulunur. Yapıtaşları polimer yapmak için basitçe birbirlerine eklenir.
Yoğunlaştırılmış polimerizasyonda küçük moleküller özellikle su reaksiyonu süresince eklenir çıkartılır.

EKLEMELİ POLİMERİZASYON

İlk sentetik polimerizasyon 1933de oksijenin katalizörlüğünde, etenin çok yüksek basınçta (1000 atm) ısıtılmasıyla gerçekleştirlmiştir. Bu işlemle yapılan polit çantaları ve diğer paketleme malzemelerinin yapımı için kullanılan bükülür materyallere çok benzerdir. Bu düşük yoğunlukta politen olarak adlandırılır. Çünkü polimer zinciri ve dalı sonuç olarak verimli olarak beraberce paketlenememiştir.

Son zamanlarda atmosferik basınç altında polimerleştirmeyi gerçekleştirilebilecek katalizörler geliştirilmiştir. Bu dallanmış polimer zinciri içermeyen kırılmaz bir üründür ve yüksek yoğunlukta politen olarak adlandırılır. İki büyük lif yapıcı polimer (polipropilen ve akrilik)ve iki küçük politen ve polivnyil klorit) eklemeli polimerizasyonla elde edilir. Diğer önemli materyaller polistrayn, polimetil, PTFE, ve polivnyil asetol de aynı şekilde bu yöntemle elde edilir.

YOĞUNLAŞTIRILMIŞ POLİMERİZASYON

Lif yapıcı, yoğunlaştırılmış polimerleri polyester ve poliamidlerdir.( Naylonlar ) Polimerleştirmede her iki yöntemde su eklenir. Organik kimyadaki ester , alkol ve karboksilik asit arasındaki reaksiyondan elde edilen bileşikler için kullanılır. Alkoller -OH- hidroksil grup ve karboksilik asitler COOH grubuna sahiptir.

POLYESTER

Polyester, çok ester anlamındadır ve uzun molekül elde etmek için reaksiyonun pek çok kez olması gerekir. monomerler mutlaka hidroksil ya da karboksil asit gibi iki gruba sahip olmalıdır. Lif yapımı polyesterler aralarında reaksiyon gerçekleşen iki bileşikten elde edilirler. Bileşikler 250-270 derece arasındaki sıcaklıkta birlikte ısıtılırlar. Oluşan su vakumla uzaklaştırılır.

 

POLYAMİDLER (NAYLONLAR)

Polyamidler monomerlerden birinin amine olması dışında benzer bir yolla elde edilirler. Aminler NH2 bulunduran organik moleküllerdir. Bu sefer iki amine grubu bulunduran bileşik farklı dikarboksilik asitle reaksiyona girer. Yine reaksiyon süresince su dışarı verilir.
Liflerde kullanılan diğer polyamid Naylon 6 dır. Naylon 6 iki monomerden oluşmak yerine asit ve amine içeren tek monomerlerden oluşur. 6 sayısı yine tekrar eden ünitedeki karbon atomlarının dizisini göstermek için kullanılır. 6 Aminohekzonik asit ve caprolaktum olarak bilinen bileşiği oluşturmak için içten su kaybeder. Caprolaktum polimerleştirme için başlangıç molekülüdür ve onu aside dönüştürmek için su eklenirken polimerleşmede moleküller arasında su kaybeder.

PROTEİN LİFLERİ

Yün, ipek ve diğer hayvan tüyleri protein lifleridir. Polimerler polimer üretme işlemi hayvan derisindeki foliküller ya da ipek böceğinde gerçekleşmesine rağmen yoğunlaştırılmış polimerolarak kabul edilebilirler. Polimer oluşumundaki, kimyasal işlem tam olarak anlaşılmamıştır. Proteinlerdeki tekrar eden birimler naylon 6nın monomerlerindeki gibi hem asit hem de COOH grubu ,hem de amino NH2 taşıyan aminoasitlerdir. Protein polimerleri yapmak için aminoasitler birbirine peptit bağlarıyla (CO, NH2) bağlanırlar. Peptit grubu polyamid polimerdeki amin bağlantısıyla aynıdır.

Yün polimerleri keratin yaklaşık 20 aminoasitten oluşur. Lifte keratin molekülü heliksel dağılıma sahiptir.

SELÜLOZİK LİFLER

Pamuktaki polimer flox, jüt ve viskoz lifler selülozdur. Selülozun yapısı 10000 glikoz grubuna kadar oksijen atomlarıyla birbirlerine bağlanan glikoz molekülleri serisi olarak görülebilir . Yeniden oluşturulan selülozik lifler viskoz gibi yüzlerce benzer figürden oluşan çok düşük polimerizasyona sahiptir. Viskoz için selüloz kaynağı ağaç kabuğudur ve daha az rafine halde de olsa kağıt yapımında kullanılan bazı materyallerdir. Kağıt, viskoz lifleri ve pamuk kimyasal olarak aynıdır.

Selüloz glikoz birimlerinden oluşan yoğunlaştırılmış polimer olarak düşünülebilir. Başlangıçta 2 glikoz birimi sellobios molekülü oluşturmak için su vererek bağlanır ve bu polimerleştirme sürer.

Selüloz normal olarak çözücüde çözünmez. Viskoz işleminde selüloz adapte edilerek solüsyon hazırlanır. Daha sonra solüsyon selülozu yeniden elde etmek için uygun banyoya atılır.

Selüloz ayrıca selüloz asetat lifleri için ham maddedir. Selüloz suda yıkanarak ve rengi giderilerek rafine edilmeye gereksinim duyar. Daha sonra da asetik asit içinde asetikanhidric tepkime verir. Selüloz triasetat vermek için bu madde tekrarlanan ünitedeki her bir karboksil grup için bir asetat grubu çıkarır. Bu polimer diklorametan içinde çözülebilir. Ve solüsyon sıcak hava içinde kuru çözücü işlemi( solvent dry extrusion) kullanılarak ince spinneret deliklerine geçirilebilir.

Çözücü polimeri lif formunda bırakarak çözülebilir.
Selüloz diasetat için bu polimerin her bir tekrarlanan birimindeki ortalama asetat grubu sayısını 3,0 dan 2,3 e düşürülerek suyla reaksiyonuna izin verilir. Buna ulaşmak için diğerleri en az bir hidroksil grubuna sahipken bazılarının tamamen asetatlaştırılmış olarak kalması gerekir. Bu polimer farklı çözücülerde çözülebilir.

LİF OLUŞTURAN POLİMERLERİN TİPİK ÖZELLİKLERİ

Birçok mevcut polimer vardır. Bazıları lif oluşturanlar, diğerleri lif oluşturmayanlar. İyi lif oluşturmak için polimerlerin özellikleri şunlar gibi olmalıdır. Yüksek dereceli bir polimerizasyon ;moleküller arası kuvvetli güçler ;monomerlerin doğrusal ve düzenli sıralanması;moleküllerin yüksek intibak; bükülmez tekrar eden bir ünite zinciri..

POLİMERİZASYONUN DERECESİ

Çok kısa liflerden çok güçlü sağlam lifler üretmek zordur. Aynı şekilde ,sağlam lifler çok kısa moleküllerden üretilemez. Uygun özelliklerde bir lif üretmek için polimermoleküllerinin ortalama uzunluğunun en az 0,1 mikrometre olması gerekmektedir. Bazı polimerler için pamuktaki selüloz molekülleri 5 mikrometre boyundadır. Polimerler sıksık uzun moleküllerden oluşur,genelde uzun ve incedirler.Ama liflerden çok daha kısadırlar. Yalnızca 25 mm uzunluğundaki kısa sağlam bir lifin boyunu uzatmayı durdurmak için her biri 0,1 mikrometre olan 25000 molekül alınır. Moleküller lifleri kısa bağlı olduğu için molekülleri birlikte tutmak ve lifleri güçlendirmek için bir tutkala ihtiyaç vardır.

MOLEKÜLLER ARASI GÜÇLER

Tutkal moleküller arası güçtür. Bunlar bir lifin içindeki moleküllerin arasındaki çekim kuvvetidir. 3 temel tip vardır. Hidrojen bağları, dipol bağları, van der walls bağları.

Bireysel olarak bütün moleküler arası güçler lif molekülleri arası güçler lif molekülündeki kovalent bağları ile karşılaştığında güçsüzdür. Fakat bütün liflerin gücü bu güçlere ve polimer molekülleri saran kapaklara bağlıdır.

Hidrojen bağları ,pozitif kutupta, polimer molekül içinde çekilmiş hidrojen atomları ve negatif kutupta bitişik moleküller içinde çekilmiş oksijen ya da nitrojen atomları arasında oluşur. Hidrojen bağları selüloz ve polyamidler içinde olur.

Dipol-Dipol Bağları aynı yapıdadır. Fakat bitişik moleküller içindeki hidrojenlerden daha güçsüz şekilde çekilen oksijen atomları arasında meydana gelir. Bu bağlar hidrojen bağlarından çok daha güçsüzdür ve akrilik lifler için de önemlidir. Çok güçlü bir gruptaki nitrojen negatif kutbaçekilir. Ve gruptaki karbon pozitif kutba çekilir. Bunun için çekim farklı molekülllerdeki gruplar arasında olabilir. Bu bağlar polyesterde önemlidir.

Van Der Walls bağları dipol dipol bağlardan zayıftır. Fakat onlar bütün liflerdeki bitişik atomlar arasında olur. Herşeye rağmen onlar polipropilen lifler içinde oluşturulan moleküller arası güçlerdir. Ayrıca polimer zincirler içindeki karışık karakterlerin zayıf çekimlerinden dolayıdır.

 

DOĞRUSAL VE DÜZENLİ MOLEKÜLLER

Lif oluşturan moleküller doğrusal ve düzenli olmalıdır. Bunun anlamı zincirler ayrılmak zorunda değildir . Aynı şekilde zincirler üzerindeki hacimli taraftaki gruplar lifteki kristalin bölgelerin oluşumunu engeller. Polistrayn ve polimetil methakrilate polimer zincirlere geniş taraflı gruplara sahiptir ve kristalin bölgeyi yapamazlar. Bunlar şeffaf , plastik maddeler üretmek için iyidir fakat lif yapımında iyi değildir.

MOLEKÜLER İNTİBAK

Bir lif içindeki moleküller sıralanmalı yada lif ekseni boyunca dizilmelidir. Bu intibak dizim boyunca lif yapısı içinde yer alır.

BÜKÜLMEZ MOLEKÜLLER

Lif yapımı moleküllerdeki bükülmez bölgeler kristalin bölgeler oluşturmakla birlikte aynı şekilde molekül sarmaya yardım eder. Bu eğilmezlik, moleküllerdeki halka yapıdan dolayıdır ve bunlar selüloz ve polyester içinde oluşur.

İÇYAPI (FİNE STRUCTURE)

Lif yapısı 3 farklı şekilde incelenir.
1.Genel (Toptan) Morfoloji;bu normal bir şekilde optik bir mikroskobun altındaki bir lifin görünüşü ve şekli olarak tanımlanır.
2.Fine structure; bu lif içindeki polimer moleküllerin düzenlemesiyle ilgilidir.
3.Kimyasal yapı;bu, lif yapan moleküllerin özellikleriyle ilgilidir.

İç yapı(fine structure) bir lifin baştan başa bütün yapıya katkı sağlayan ve birlikte gelen moleküllerle ilgilenir. Lif yüzeyinde farklılıkların olduğu mikroskobik incelemeden ve uygun şekilde etiketlenebilir olan karakteristik şekillerden anlaşılabilir. İç yapı mikroskobun en kuvvetli haliyle bile gözlenemez. Bu bölgedeki bilgi X-ray çalışmalarında dikkatle incelenmiş diğer tekniklerden gelmektedir.

Herhangi bir lifteki moleküller düzenleme modeli genişçe farklılaşır. Moleküller tanıdık olabilir. Bunun anlamı moleküller birbirlerine ve lifin boylamsal enlemine paralel gider. alternatif olarak farklı noktalardan karşılaştığı için bir diğerine bir açıyla uzanması halinde moleküller ters yönlü olabilir.

Doğrusal polimer moleküller lif uzunluğu boyunca tamamen sıralanamaz. Onlar sıralı ve karışık bölgeleri baştan aşağı geçmeye eğilimlidir.

Birkaç molekülün bir noktaya yöneldiği ve lif uzunluğunun bir parçası için aynı yolu takip ettiği yerde moleküler kristalleşmeye yol açar.(sağlam moleküller arası kuvvetler tarafından birlikte tutulan moleküllerin paralel sıralaması) Tanımlanan yolda birlikte gelmekte başarısız oldukları yerde kristalin olmayan bölge oluştururlar.

Çoğu girişim, taktik ya da model yapımı bu fenomeni örneklendirmek için yapılır. Fringed Micelle ilk defa 1930 larda önerilen bir modeldir ve çok geniş bir mesafeye , hala, önemli bir şekilde uygun düşer.

 

FRİNGED MİCELLE MODELİ

Bu model, polimer moleküllerinin kristalin olmayan bölgelerden geçtiği ve ayrıldığı yerde, küçük micellelerin ya da kristallerin nasıl sınırlandırıldığını gösterir. Birçok küçük kristali yada oluşturmak için kristalleri kuvvetlendirdiği için, tek parça polimer zinciri, bazı kristalin ve kristalin olmayan bölgelerden geçebilir.

 


Sitemizin Sürekliliği için Lütfen Sponsor Bağlantılarına Tıklayınız.