Polimer

Sıvı ortam altında bir yüzey üzerinde atomik kuvvet mikroskobu kullanılarak kaydedilen gerçek doğrusal polimer zincirlerinin görünümü. Bu polimer için zincir kontur uzunluğu ~204 nm; kalınlık ~0,4 nm'dir. ⓘ

IUPAC tanımı

Polimer, makromoleküllerden oluşan bir maddedir. Bir makromolekül, yüksek bağıl molekül kütlesine sahip bir moleküldür ve yapısı esasen düşük bağıl molekül kütlesine sahip moleküllerden gerçek veya kavramsal olarak türetilen birimlerin çoklu tekrarından oluşur.

Bir polimer (/ˈpɒlɪmər/; Yunanca poly-, "birçok" + -mer, "parça") makromoleküller olarak adlandırılan çok büyük moleküllerden oluşan ve birçok tekrar eden alt birimden oluşan bir madde veya malzemedir. Geniş özellik yelpazeleri nedeniyle, hem sentetik hem de doğal polimerler günlük yaşamda önemli ve her yerde bulunan roller oynamaktadır. Polimerler, polistiren gibi bilinen sentetik plastiklerden DNA ve proteinler gibi biyolojik yapı ve işlev için temel olan doğal biyopolimerlere kadar çeşitlilik gösterir. Hem doğal hem de sentetik polimerler, monomer olarak bilinen birçok küçük molekülün polimerizasyonu yoluyla oluşturulur. Sonuç olarak, küçük moleküllü bileşiklere göre büyük moleküler kütleleri, tokluk, yüksek elastikiyet, viskoelastisite ve kristaller yerine amorf ve yarı kristal yapılar oluşturma eğilimi gibi benzersiz fiziksel özellikler üretir. ⓘ

"Polimer" terimi Yunanca πολύς (polus, "çok, fazla" anlamına gelir) ve μέρος (meros, "parça" anlamına gelir) sözcüklerinden türemiştir. Bu terim 1833 yılında Jöns Jacob Berzelius tarafından, modern IUPAC tanımından farklı bir tanımla ortaya atılmıştır. Kovalent bağlı makromoleküler yapılar olarak modern polimer kavramı 1920 yılında Hermann Staudinger tarafından önerilmiş ve sonraki on yılını bu hipotez için deneysel kanıtlar bulmakla geçirmiştir. ⓘ

Polimerler, polimer bilimi (polimer kimyası ve polimer fiziğini içerir), biyofizik ve malzeme bilimi ve mühendisliği alanlarında incelenmektedir. Tarihsel olarak, tekrar eden birimlerin kovalent kimyasal bağlarla birbirine bağlanmasından doğan ürünler polimer biliminin birincil odak noktası olmuştur. Ortaya çıkan önemli bir alan artık kovalent olmayan bağlarla oluşan supramoleküler polimerlere odaklanmaktadır. Lateks kauçuğun poliizopreni doğal polimerlere, straforun polistireni ise sentetik polimerlere bir örnektir. Biyolojik bağlamda, esasen tüm biyolojik makromoleküller - örneğin proteinler (poliamidler), nükleik asitler (polinükleotidler) ve polisakkaritler - tamamen polimeriktir veya büyük ölçüde polimerik bileşenlerden oluşur. ⓘ

Polimer moleküllerinin karikatür şeması ⓘ

Yaygın örnekler

Bir moleküler simülasyondan stiren-bütadien zincirinin yapısı. ⓘ

Polimerler iki türdür: doğal olarak oluşan ve sentetik veya insan yapımı. ⓘ

Doğal

Kenevir, gomalak, amber, yün, ipek ve doğal kauçuk gibi doğal polimerik malzemeler yüzyıllardır kullanılmaktadır. Ahşap ve kağıdın ana bileşeni olan selüloz gibi çeşitli başka doğal polimerler de mevcuttur. ⓘ

Sentetik

Sentetik polimerlerin listesi, kabaca dünya çapında talep sırasına göre, polietilen, polipropilen, polistiren, polivinil klorür, sentetik kauçuk, fenol formaldehit reçinesi (veya Bakalit), neopren, naylon, poliakrilonitril, PVB, silikon ve çok daha fazlasını içerir. Bu polimerlerden her yıl 330 milyon tondan fazla üretilmektedir (2015). ⓘ

En yaygın olarak, plastiklerin hazırlanması için kullanılan bir polimerin sürekli bağlı omurgası esas olarak karbon atomlarından oluşur. Basit bir örnek, tekrar birimi veya monomeri etilen olan polietilendir (İngiliz İngilizcesinde 'polythene'). Başka pek çok yapı da mevcuttur; örneğin silikon gibi elementler, Silly Putty ve su geçirmez tesisat dolgu macunu gibi bilinen malzemeleri oluşturur. Oksijen ayrıca polietilen glikol, polisakkaritler (glikozidik bağlarda) ve DNA (fosfodiester bağlarında) gibi polimer omurgalarında da yaygın olarak bulunur. ⓘ

Tarihçe

Polimerler, insanlığın ilk günlerinden beri emtiaların temel bileşenleri olmuştur. Giysiler için yün (keratin), pamuk ve keten liflerinin (selüloz), kağıt için kağıt kamışının (selüloz) kullanılması, atalarımızın eserler elde etmek için polimer içeren hammaddeleri nasıl kullandıklarına dair sadece birkaç örnektir. "Caoutchouc" ağaçlarının lateks özsuyu (doğal kauçuk), Olmek, Maya ve Azteklerin top, su geçirmez tekstil ve kap yapımında malzeme olarak kullanmaya başlamasından çok sonra, 16. yüzyılda Güney Amerika'dan Avrupa'ya ulaşmıştır. ⓘ

Polimerlerin kimyasal manipülasyonu 19. yüzyıla kadar uzanmaktadır, ancak o zamanlar bu türlerin doğası anlaşılamamıştır. Polimerlerin davranışı başlangıçta Thomas Graham tarafından önerilen ve onları bilinmeyen kuvvetler tarafından bir arada tutulan küçük moleküllerin kolloidal agregatları olarak gören teoriye göre rasyonelleştirilmiştir. ⓘ

Teorik bilgi eksikliğine rağmen, polimerlerin yenilikçi, erişilebilir ve ucuz malzemeler sağlama potansiyeli hemen kavranmıştır. Braconnot, Parkes, Ludersdorf, Hayard ve diğer birçokları tarafından doğal polimerlerin modifikasyonu üzerine yürütülen çalışmalar, bu alanda birçok önemli ilerlemeyi belirledi. Katkıları selüloit, galalit, parkesine, rayon, vulkanize kauçuk ve daha sonra Bakalit gibi malzemelerin keşfine yol açtı: tüm malzemeler hızla endüstriyel üretim süreçlerine girdi ve giysi bileşenleri (örneğin, kumaşlar, düğmeler), çanak çömlek ve dekoratif eşyalar olarak evlere ulaştı. ⓘ

1920 yılında Hermann Staudinger, polimerlerin aslında kovalent bağlarla birbirine bağlı uzun atom zincirleri olduğunu öne sürdüğü "Über Polimerizasyon" adlı ufuk açıcı çalışmasını yayınladı. Çalışması uzun süre tartışıldı, ancak sonunda bilim camiası tarafından kabul edildi. Bu çalışması nedeniyle Staudinger 1953 yılında Nobel Ödülü'ne layık görüldü. ⓘ

1930'lardan sonra polimerler, yeni türlerin keşfedildiği ve hızla ticari uygulamalara konu olarak doğal kaynaklı malzemelerin yerini aldığı altın bir çağa girdi. Bu gelişme, güçlü bir ekonomik güdüye sahip bir sanayi sektörü tarafından beslendi ve daha ucuz hammaddelerden yenilikçi monomer sentezi, daha verimli polimerizasyon süreçleri, polimer karakterizasyonu için geliştirilmiş teknikler ve polimerlerin gelişmiş teorik anlayışı ile katkıda bulunan geniş bir akademik topluluk tarafından desteklendi. ⓘ

1953 yılından bu yana, biyolojik makromoleküller üzerine yapılan araştırmalar hariç olmak üzere, polimer bilimi alanında altı Nobel ödülü verilmiştir. Bu da polimerin modern bilim ve teknoloji üzerindeki etkisini kanıtlamaktadır. Lord Todd'un 1980'de özetlediği gibi, "Polimerizasyonun geliştirilmesinin belki de kimyanın yaptığı en büyük şey olduğunu ve günlük yaşam üzerinde en büyük etkiye sahip olduğunu düşünme eğilimindeyim". ⓘ

Sentez

Polimerizasyon reaksiyonlarının sınıflandırılması ⓘ

Polimerizasyon, monomer olarak bilinen birçok küçük molekülün kovalent bağlı bir zincir veya ağ halinde birleştirilmesi işlemidir. Polimerizasyon işlemi sırasında, her bir monomerden bazı kimyasal gruplar kaybolabilir. Bu durum PET polyesterin polimerizasyonunda gerçekleşir. Monomerler tereftalik asit (HOOC-C₆H₄-COOH) ve etilen glikoldür (HO-CH₂-CH₂-OH) ancak tekrar eden birim -OC-C₆H₄-COO-CH₂-CH₂-O-'dur, bu da iki monomerin iki su molekülü kaybıyla birleşmesine karşılık gelir. Polimere dahil edilen her bir monomerin farklı parçası, bir tekrar birimi veya monomer kalıntısı olarak bilinir. ⓘ

Sentetik yöntemler genellikle basamaklı polimerizasyon ve zincir polimerizasyonu olmak üzere iki kategoriye ayrılır. İkisi arasındaki temel fark, zincir polimerizasyonunda monomerlerin polistirende olduğu gibi zincire teker teker eklenmesi, basamaklı büyüme polimerizasyonunda ise monomer zincirlerinin polyesterde olduğu gibi birbirleriyle doğrudan birleşebilmesidir. Basamaklı polimerizasyon, her reaksiyon basamağında düşük molar kütleli yan ürünün oluştuğu polikondenzasyon ve poliaddisyon olarak ikiye ayrılabilir. ⓘ

Zincir polimerizasyonuna örnek: Stirenin radikal polimerizasyonu, R. başlatıcı radikaldir, P. oluşan zinciri radikal rekombinasyonu ile sonlandıran başka bir polimer zinciri radikalidir ⓘ

Plazma polimerizasyonu gibi daha yeni yöntemler her iki kategoriye de tam olarak uymamaktadır. Sentetik polimerizasyon reaksiyonları katalizörlü veya katalizörsüz olarak gerçekleştirilebilir. Biyopolimerlerin, özellikle de proteinlerin laboratuvar sentezi yoğun bir araştırma alanıdır. ⓘ

Biyolojik sentez

DNA çift sarmal biyopolimerinin bir kısmının mikro yapısı ⓘ

Biyopolimerlerin üç ana sınıfı vardır: polisakkaritler, polipeptitler ve polinükleotitler. Canlı hücrelerde, DNA polimeraz tarafından katalize edilen DNA oluşumu gibi enzim aracılı süreçlerle sentezlenebilirler. Proteinlerin sentezi, genetik bilginin DNA'dan RNA'ya aktarılması ve daha sonra bu bilginin amino asitlerden belirtilen proteini sentezlemek üzere tercüme edilmesi için çoklu enzim aracılı süreçleri içerir. Protein, uygun yapı ve işleyişi sağlamak için çeviriyi takiben daha fazla modifiye edilebilir. Kauçuk, suberin, melanin ve lignin gibi başka biyopolimerler de vardır. ⓘ

Doğal polimerlerin modifikasyonu

Pamuk, nişasta ve kauçuk gibi doğal olarak oluşan polimerler, polieten ve perspeks gibi sentetik polimerler piyasaya çıkmadan önce yıllarca bilinen malzemelerdi. Ticari açıdan önemli birçok polimer, doğal olarak oluşan polimerlerin kimyasal modifikasyonu ile sentezlenmektedir. Öne çıkan örnekler arasında nitrik asit ve selülozun nitroselüloz oluşturmak üzere reaksiyona girmesi ve doğal kauçuğun sülfür varlığında ısıtılarak vulkanize kauçuk oluşturulması yer almaktadır. Polimerlerin modifiye edilebildiği yollar arasında oksidasyon, çapraz bağlama ve uç kapama yer almaktadır. ⓘ

Yapı

Polimerik bir malzemenin yapısı, nm altı uzunluk ölçeğinden makroskopik olana kadar farklı uzunluk ölçeklerinde tanımlanabilir. Aslında, her bir aşamanın bir sonraki aşamanın temellerini oluşturduğu bir yapı hiyerarşisi vardır. Bir polimerin yapısının tanımlanması için başlangıç noktası, onu oluşturan monomerlerin kimliğidir. Daha sonra, mikroyapı esasen bu monomerlerin polimer içinde tek bir zincir ölçeğinde düzenlenmesini tanımlar. Mikroyapı, polimerin örneğin kristalleşme, camsı geçiş veya mikro faz ayrımı yoluyla farklı düzenlemelere sahip fazlar oluşturma olasılığını belirler. Bu özellikler bir polimerin fiziksel ve kimyasal özelliklerinin belirlenmesinde önemli bir rol oynar. ⓘ

Monomerler ve tekrar birimleri

Bir polimeri oluşturan tekrar birimlerinin (monomer kalıntıları, "mers" olarak da bilinir) kimliği, polimerin ilk ve en önemli özelliğidir. Polimer isimlendirmesi genellikle polimeri oluşturan monomer kalıntılarının türüne dayanır. Sadece tek bir tip tekrar birimi içeren bir polimer homopolimer olarak bilinirken, iki veya daha fazla tipte tekrar birimi içeren bir polimer kopolimer olarak bilinir. Bir terpolimer, üç tip tekrar birimi içeren bir kopolimerdir. ⓘ

Polistiren sadece stiren bazlı tekrar birimlerinden oluşur ve homopolimer olarak sınıflandırılır. Polietilen tereftalat, iki farklı monomerden (etilen glikol ve tereftalik asit) üretilmesine rağmen, genellikle bir homopolimer olarak kabul edilir çünkü sadece bir tip tekrar birimi oluşur. Etilen-vinil asetat birden fazla çeşit tekrar birimi içerir ve bir kopolimerdir. Bazı biyolojik polimerler farklı fakat yapısal olarak ilişkili monomer kalıntılarından oluşur; örneğin DNA gibi polinükleotitler dört tip nükleotit alt biriminden oluşur. ⓘ

Homopolimerler ve kopolimerler (örnekler)
Homopolimer polistiren	Homopolimer polidimetilsiloksan, bir silikon. Ana zincir silikon ve oksijen atomlarından oluşur.	Homopolimer polietilen tereftalat sadece bir tekrar birimine sahiptir.	Kopolimer stiren-bütadien kauçuk: Stiren ve 1,3-bütadien bazlı tekrar birimleri, makromolekülde herhangi bir sırada değişebilen iki tekrar birimi oluşturur ve böylece polimeri rastgele bir kopolimer yapar.

ⓘ

İyonize olabilen alt birimler (örneğin, asılı karboksilik gruplar) içeren bir polimer, iyonize olabilen birimlerin fraksiyonu sırasıyla büyük veya küçük olduğunda polielektrolit veya iyonomer olarak bilinir. ⓘ

Mikroyapı

Bir polimerin mikro yapısı (bazen konfigürasyon olarak da adlandırılır), zincirin omurgası boyunca monomer kalıntılarının fiziksel düzeniyle ilgilidir. Bunlar, değişmek için bir kovalent bağın kopmasını gerektiren polimer yapısının unsurlarıdır. Monomerlere ve reaksiyon koşullarına bağlı olarak çeşitli polimer yapıları üretilebilir: Bir polimer, her biri sadece bir dallanmamış zincir içeren doğrusal makromoleküllerden oluşabilir. Dallanmamış polietilen durumunda, bu zincir uzun zincirli bir n-alkandır. Ayrıca bir ana zincire ve yan zincirlere sahip dallanmış makromoleküller de vardır, polietilen durumunda yan zincirler alkil grupları olacaktır. Özellikle dallanmamış makromoleküller katı halde yarı-kristal olabilir, kristal zincir bölümleri aşağıdaki şekilde kırmızı ile vurgulanmıştır. ⓘ

Dallanmış ve dallanmamış polimerler genellikle termoplastik iken, birçok elastomer "ana zincirler" arasında geniş gözenekli çapraz bağlanmaya sahiptir. Yakın gözenekli çapraz bağlanma ise termosetlere yol açar. Çapraz bağlar ve dallar şekillerde kırmızı noktalar olarak gösterilmiştir. Çok dallanmış polimerler amorftur ve katı içindeki moleküller rastgele etkileşime girer. ⓘ

doğrusal, dallanmamış makromolekül

dallanmış makromolekül

dallanmamış bir polimerin yarı-kristal yapısı

hafif çapraz bağlı polimer (elastomer)

yüksek çapraz bağlı polimer (termoset)

ⓘ

Polimer mimarisi

Bir polimerdeki dallanma noktası ⓘ

Bir polimerin önemli bir mikroyapısal özelliği, dallanma noktalarının basit bir doğrusal zincirden sapmaya yol açmasıyla ilgili olan mimarisi ve şeklidir. Dallanmış bir polimer molekülü, bir veya daha fazla ikame edici yan zincire veya dala sahip bir ana zincirden oluşur. Dallanmış polimer türleri arasında yıldız polimerler, tarak polimerler, polimer fırçalar, dendronize polimerler, merdiven polimerler ve dendrimerler bulunur. Topolojik olarak düzlemsel tekrar birimlerinden oluşan iki boyutlu polimerler (2DP) de mevcuttur. Bir polimerin mimarisi, çözelti viskozitesi, eriyik viskozitesi, çeşitli çözücülerde çözünürlük, cam geçiş sıcaklığı ve çözeltideki bireysel polimer bobinlerinin boyutu dahil olmak üzere birçok fiziksel özelliğini etkiler. Çeşitli mimarilere sahip bir polimerik malzemenin sentezi için, örneğin canlı polimerizasyon gibi çeşitli teknikler kullanılabilir. ⓘ

Zincir uzunluğu

Bir zincirin uzunluğunu ifade etmenin yaygın bir yolu, zincire dahil olan monomer sayısını ölçen polimerizasyon derecesidir. Diğer moleküllerde olduğu gibi, bir polimerin boyutu da moleküler ağırlık cinsinden ifade edilebilir. Sentetik polimerizasyon teknikleri tipik olarak zincir uzunluklarının istatistiksel bir dağılımını verdiğinden, moleküler ağırlık ağırlıklı ortalamalar cinsinden ifade edilir. Sayı-ortalama molekül ağırlığı (Mn) ve ağırlık-ortalama molekül ağırlığı (Mw) en yaygın olarak rapor edilir. Bu iki değerin oranı (Mw / Mn), moleküler ağırlık dağılımının genişliğini ifade etmek için yaygın olarak kullanılan dispersitedir (Đ). ⓘ

Polimerin fiziksel özellikleri büyük ölçüde polimer zincirinin uzunluğuna (veya eşdeğer olarak moleküler ağırlığına) bağlıdır. Molekül ağırlığının fiziksel sonuçlarının önemli bir örneği, eriyikteki viskozitenin (akmaya karşı direnç) ölçeklendirilmesidir. Ağırlık-ortalama moleküler ağırlığın etkisi ($M_{w}$) eriyik viskozitesi ($\eta$) polimerin dolaşıklık başlangıcının üstünde veya altında olmasına bağlıdır. Dolaşıklık moleküler ağırlığının altında, $\eta \sim {M_{w}}^{1}$ise dolaşıklık moleküler ağırlığının üzerindedir, $\eta \sim {M_{w}}^{3.4}$. İkinci durumda, polimer zincir uzunluğunun 10 kat artırılması viskoziteyi 1000 kattan fazla artıracaktır. Zincir uzunluğunun artırılması ayrıca zincir hareketliliğini azaltma, mukavemet ve tokluğu artırma ve cam geçiş sıcaklığını (Tg) artırma eğilimindedir. Bu, artan zincir uzunluğuyla birlikte gelen van der Waals çekimleri ve dolanmalar gibi zincir etkileşimlerindeki artışın bir sonucudur. Bu etkileşimler, tek tek zincirleri konumlarında daha güçlü bir şekilde sabitleme ve hem daha yüksek streslerde hem de daha yüksek sıcaklıklarda deformasyonlara ve matris parçalanmasına direnme eğilimindedir. ⓘ

Kopolimerlerde monomer düzeni

Kopolimerler, istatistiksel kopolimerler, dönüşümlü kopolimerler, blok kopolimerler, aşı kopolimerler veya gradyan kopolimerler olarak sınıflandırılır. Aşağıdaki şematik şekilde, Ⓐ ve Ⓑ iki tekrar birimini sembolize etmektedir. ⓘ

rastgele kopolimer	gradyan kopolimer	aşı kopolimeri
alternatif kopolimer	blok kopolimer

ⓘ

• Dönüşümlü kopolimerler, düzenli olarak değişen iki monomer kalıntısına sahiptir: {{yazım hatası değil[AB]n}}. Serbest radikal zincir büyüme polimerizasyonu ile oluşturulan stiren ve maleik anhidritin eşmolar kopolimeri buna bir örnektir. Naylon 66 gibi bir adım-büyüme kopolimeri, diamin ve diasit kalıntılarının kesinlikle değişen bir kopolimeri olarak da düşünülebilir, ancak genellikle bir tekrar birimi olarak bir amin ve bir asidin dimerik kalıntısı ile bir homopolimer olarak tanımlanır.
• Periyodik kopolimerler düzenli bir sıralamada ikiden fazla monomer birimi türüne sahiptir.
• İstatistiksel kopolimerler, istatistiksel bir kurala göre düzenlenmiş monomer kalıntılarına sahiptir. Zincirin belirli bir noktasında belirli bir monomer kalıntısı türünün bulunma olasılığının çevredeki monomer kalıntısı türlerinden bağımsız olduğu istatistiksel bir kopolimer, gerçekten rastgele bir kopolimer olarak adlandırılabilir. Örneğin, vinil klorür ve vinil asetatın zincir büyüme kopolimeri rastgeledir.
• Blok kopolimerler farklı monomer birimlerinden oluşan uzun dizilere sahiptir. İki farklı kimyasal türden (örneğin A ve B) iki veya üç bloklu polimerlere sırasıyla diblok kopolimerler ve triblok kopolimerler denir. Her biri farklı bir kimyasal türden (örneğin A, B ve C) üç bloklu polimerler triblok terpolimerler olarak adlandırılır.
• Aşı veya aşılanmış kopolimerler, tekrar birimleri ana zincirden farklı bir bileşime veya konfigürasyona sahip olan yan zincirler veya dallar içerir. Dallar önceden oluşturulmuş bir ana zincir makromolekülüne eklenir. ⓘ

Bir kopolimer içindeki monomerler omurga boyunca çeşitli şekillerde düzenlenebilir. Kontrollü bir monomer düzenlemesi içeren bir kopolimer, dizi kontrollü polimer olarak adlandırılır. Dönüşümlü, periyodik ve blok kopolimerler dizi kontrollü polimerlerin basit örnekleridir. ⓘ

Taktiksellik

Taktiklik, bir makromolekül içindeki komşu yapısal birimlerdeki kiral merkezlerin göreceli stereokimyasını tanımlar. Üç tür taktik vardır: izotaktik (tüm sübstitüentler aynı tarafta), ataktik (sübstitüentlerin rastgele yerleşimi) ve sindiyotaktik (sübstitüentlerin dönüşümlü yerleşimi). ⓘ

izotaktik

Sindiyotaktik

ataktik (yani rastgele)

ⓘ

Morfoloji

Polimer morfolojisi genel olarak polimer zincirlerinin uzaydaki düzenini ve mikro ölçekteki sıralamasını tanımlar. Bir polimerin makroskopik fiziksel özellikleri, polimer zincirleri arasındaki etkileşimlerle ilgilidir. ⓘ

Rastgele yönlendirilmiş polimer

Birkaç polimerin birbirine kenetlenmesi ⓘ

• Düzensiz polimerler: Katı halde, ataktik polimerler, yüksek derecede dallanmaya sahip polimerler ve rastgele kopolimerler amorf (yani camsı yapılar) oluşturur. Eriyik ve çözeltide, polimerler sürekli değişen bir "istatistiksel küme" oluşturma eğilimindedir, bkz. serbestçe eklemlenen zincir modeli. Katı halde, moleküllerin ilgili konformasyonları donmuştur. Zincir moleküllerinin kancalanması ve dolanması zincirler arasında "mekanik bir bağ" oluşmasına neden olur. Moleküller arası ve molekül içi çekici kuvvetler yalnızca molekül segmentlerinin birbirine yeterince yakın olduğu bölgelerde ortaya çıkar. Moleküllerin düzensiz yapıları daha dar bir düzenlemeyi engeller. ⓘ

polietilen: yakın paketlenmiş zincirlerdeki moleküllerin zikzak konformasyonu

bağ molekülleri ile lamel

sferülit ⓘ

poli̇propi̇len helezon

p-Aramid, kırmızı noktalı: hidrojen bağları ⓘ

• Periyodik yapıya, düşük dallanmaya ve stereoregülerliğe sahip doğrusal polimerler (örn. ataktik olmayan) katı halde yarı kristal bir yapıya sahiptir. Basit polimerlerde (polietilen gibi), zincirler kristalde zikzak konformasyonunda bulunur. Birkaç zikzak konformasyonu, kristalitler veya lameller olarak adlandırılan yoğun zincir paketleri oluşturur. Lameller polimerlerin uzunluğundan çok daha incedir (genellikle yaklaşık 10 nm). Bir ya da daha fazla moleküler zincirin az ya da çok düzenli katlanmasıyla oluşurlar. Lameller arasında amorf yapılar mevcuttur. Bireysel moleküller lameller arasında dolanmalara yol açabilir ve ayrıca iki (veya daha fazla) lamel (bağ molekülleri olarak adlandırılan zincirler) oluşumuna dahil olabilir. Birkaç lamel, genellikle 0,05 ila 1 mm aralığında bir çapa sahip bir üst yapı, bir sferülit oluşturur.

Tekrar birimlerinin (fonksiyonel) kalıntılarının türü ve düzeni, ikincil değerlik bağlarının kristalliğini ve gücünü etkiler veya belirler. İzotaktik polipropilende moleküller bir sarmal oluşturur. Zikzak konformasyonu gibi, bu tür sarmallar da yoğun bir zincir paketlenmesine izin verir. Özellikle güçlü moleküller arası etkileşimler, p-aramid durumunda olduğu gibi, tekrar eden birimlerin kalıntıları hidrojen bağlarının oluşumuna izin verdiğinde meydana gelir. Güçlü molekül içi ilişkilerin oluşumu, farklı devre topolojisine sahip tek doğrusal zincirlerin çeşitli katlanmış durumlarını üretebilir. Kristallik ve üstyapı her zaman oluşum koşullarına bağlıdır, ayrıca bkz: polimerlerin kristalleşmesi. Amorf yapılarla karşılaştırıldığında, yarı kristal yapılar daha yüksek sertlik, yoğunluk, erime sıcaklığı ve bir polimerin daha yüksek direncine yol açar. ⓘ

• Çapraz bağlı polimerler: Geniş örgülü çapraz bağlı polimerler elastomerdir ve eritilemezler (termoplastiklerin aksine); çapraz bağlı polimerlerin ısıtılması sadece ayrışmaya yol açar. Öte yandan termoplastik elastomerler tersine çevrilebilir şekilde "fiziksel olarak çapraz bağlanır" ve eritilebilir. Polimerin sert bir segmentinin kristalleşme eğiliminde olduğu ve yumuşak bir segmentinin amorf bir yapıya sahip olduğu blok kopolimerler, termoplastik elastomerlerin bir türüdür: sert segmentler geniş örgülü, fiziksel çapraz bağlanma sağlar. ⓘ

geniş örgülü çapraz bağlı polimer (elastomer)

çekme gerilimi altında geniş örgülü çapraz bağlı polimer (elastomer)

"çapraz bağlanma bölgeleri" olarak kristalitler: bir tür termoplastik elastomer

çekme gerilimi altında yarı kristal termoplastik elastomer ⓘ

Kristallik

Polimerlere uygulandığında, kristalin terimi biraz belirsiz bir kullanıma sahiptir. Bazı durumlarda, kristal terimi geleneksel kristalografide kullanılanla aynı kullanıma sahiptir. Örneğin, x-ışını kristalografisi için hazırlanan bir örnek gibi kristal bir protein veya polinükleotidin yapısı, yüzlerce angstrom veya daha fazla hücre boyutuna sahip bir veya daha fazla polimer molekülünden oluşan geleneksel bir birim hücre açısından tanımlanabilir. Sentetik bir polimer, genellikle molekül içi katlanma veya bitişik zincirlerin istiflenmesinden kaynaklanan, atomik (makromolekülerden ziyade) uzunluk ölçeklerinde üç boyutlu düzen bölgeleri içeriyorsa, gevşek bir şekilde kristal olarak tanımlanabilir. Sentetik polimerler hem kristalin hem de amorf bölgelerden oluşabilir; kristallik derecesi, kristalin malzemenin ağırlık oranı veya hacim oranı cinsinden ifade edilebilir. Çok az sentetik polimer tamamen kristal yapıdadır. Polimerlerin kristalliği, tamamen kristal olmayan bir polimer için sıfırdan teorik olarak tamamen kristal bir polimer için bire kadar değişen kristallik dereceleri ile karakterize edilir. Mikrokristalin bölgelere sahip polimerler genellikle daha serttir (kırılmadan daha fazla bükülebilir) ve tamamen amorf polimerlere göre darbelere daha dayanıklıdır. Sıfıra veya bire yaklaşan kristallik derecesine sahip polimerler şeffaf olma eğilimindeyken, orta derecede kristallik derecesine sahip polimerler kristalin veya camsı bölgeler tarafından ışık saçılması nedeniyle opak olma eğiliminde olacaktır. Birçok polimer için kristallik, şeffaflığın azalması ile de ilişkili olabilir. ⓘ

Zincir konformasyonu

Bir polimer molekülü tarafından işgal edilen alan genellikle zincirin kütle merkezinden zincirin kendisine olan ortalama mesafe olan dönme yarıçapı cinsinden ifade edilir. Alternatif olarak, polimer zinciri tarafından yayılan hacim olan ve dönme yarıçapının küpü ile ölçeklenen yayılmış hacim cinsinden de ifade edilebilir. Erimiş, amorf haldeki polimerler için en basit teorik modeller ideal zincirlerdir. ⓘ

Özellikler

Polimer özellikleri yapılarına bağlıdır ve fiziksel temellerine göre sınıflara ayrılırlar. Birçok fiziksel ve kimyasal özellik, bir polimerin sürekli makroskopik bir malzeme olarak nasıl davrandığını açıklar. Bunlar termodinamiğe göre yığın özellikleri veya yoğun özellikler olarak sınıflandırılır. ⓘ

Mekanik özellikler

Gerilim altında boyun yapmış bir polietilen numunesi. ⓘ

Bir polimerin yığın özellikleri, çoğunlukla son kullanımda ilgi çeken özelliklerdir. Bunlar, polimerin makroskopik ölçekte gerçekte nasıl davrandığını belirleyen özelliklerdir. ⓘ

Çekme mukavemeti

Bir malzemenin gerilme mukavemeti, malzemenin arızalanmadan önce ne kadar uzama gerilimine dayanacağını ölçer. Bu, bir polimerin fiziksel gücüne veya dayanıklılığına dayanan uygulamalarda çok önemlidir. Örneğin, daha yüksek gerilme mukavemetine sahip bir lastik bant kopmadan önce daha büyük bir ağırlığı tutacaktır. Genel olarak, gerilme mukavemeti polimer zincir uzunluğu ve polimer zincirlerinin çapraz bağlanması ile artar. ⓘ

Young'ın esneklik modülü

Young modülü polimerin esnekliğini ölçer. Küçük gerilmeler için gerilme değişim oranının gerilmeye oranı olarak tanımlanır. Çekme mukavemeti gibi, bu da lastik bantlar gibi polimerlerin fiziksel özelliklerini içeren polimer uygulamalarında oldukça önemlidir. Modül büyük ölçüde sıcaklığa bağlıdır. Viskoelastisite, yük kaldırıldığında gerilme-gerinim eğrisinde histerezis sergileyecek olan karmaşık bir zamana bağlı elastik tepkiyi tanımlar. Dinamik mekanik analiz veya DMA, yükü salınım yaparak ve ortaya çıkan gerinimi zamanın bir fonksiyonu olarak ölçerek bu karmaşık modülü ölçer. ⓘ

Taşıma özellikleri

Difüzivite gibi taşıma özellikleri, moleküllerin polimer matrisi içinde ne kadar hızlı hareket ettiğini tanımlar. Bunlar, filmler ve membranlar için polimerlerin birçok uygulamasında çok önemlidir. ⓘ

Bireysel makromoleküllerin hareketi, her bir zincir molekülünün sanal bir tüp içinde hareket etmek için komşu zincirlerle dolaşıklıklar tarafından kısıtlandığı reptasyon adı verilen bir süreçle gerçekleşir. Reptasyon teorisi polimer molekül dinamiklerini ve viskoelastisiteyi açıklayabilir. ⓘ

Faz davranışı

Kristalleşme ve erime

(A) amorf ve (B) yarı kristal polimerlerdeki termal geçişler, diferansiyel tarama kalorimetrisinden izler olarak gösterilmiştir. Sıcaklık arttıkça, hem amorf hem de yarı kristal polimerler camsı geçişten (Tg) _geçer. Amorf polimerler (A) başka faz geçişleri göstermezken, yarı kristal polimerler (B) kristalleşme ve erime (sırasıyla Tc ve Tm sıcaklıklarında) geçirir. ⓘ

Kimyasal yapılarına bağlı olarak polimerler yarı kristal ya da amorf olabilirler. Yarı kristal polimerler kristalleşme ve erime geçişlerine uğrayabilirken, amorf polimerler uğramaz. Polimerlerde kristalleşme ve erime, su veya diğer moleküler sıvılarda olduğu gibi katı-sıvı faz geçişlerine işaret etmez. Bunun yerine, kristalleşme ve erime iki katı hal (yani yarı kristal ve amorf) arasındaki faz geçişlerini ifade eder. Kristalleşme, camsı geçiş sıcaklığının (Tg) üzerinde ve erime sıcaklığının (Tm) altında gerçekleşir. ⓘ

Camsı geçiş

Tüm polimerler (amorf veya yarı kristal) cam geçişlerinden geçer. Camsı geçiş sıcaklığı (Tg) polimer üretimi, işlenmesi ve kullanımı için çok önemli bir fiziksel parametredir. Tg'nin altında moleküler hareketler donar ve polimerler kırılgan ve camsıdır. Tg'nin üzerinde, moleküler hareketler aktive olur ve polimerler kauçuksu ve viskozdur. Camsı geçiş sıcaklığı, polimerdeki dallanma veya çapraz bağlanma derecesi değiştirilerek veya plastikleştiriciler eklenerek tasarlanabilir. ⓘ

Kristalleşme ve erime birinci dereceden faz geçişleri iken, camsı geçiş böyle değildir. Camsı geçiş, ikinci dereceden faz geçişlerinin özelliklerini paylaşır (şekilde gösterildiği gibi ısı kapasitesindeki süreksizlik gibi), ancak genellikle denge durumları arasında termodinamik bir geçiş olarak kabul edilmez. ⓘ

Karıştırma davranışı

Spinodal eğrileri ve binodal bir arada bulunma eğrilerini gösteren, zayıf etkileşimli polimer çözeltilerinin tipik karıştırma davranışının faz diyagramı. ⓘ

Genel olarak, polimerik karışımlar küçük moleküllü malzemelerin karışımlarından çok daha az karışabilir. Bu etki, karışım için itici gücün etkileşim enerjisi değil, genellikle entropi olmasından kaynaklanır. Başka bir deyişle, karışabilen malzemeler genellikle birbirleriyle etkileşimleri kendi etkileşimlerinden daha elverişli olduğu için değil, entropideki ve dolayısıyla her bir bileşen için mevcut hacim miktarının artmasıyla ilişkili serbest enerjideki artış nedeniyle bir çözelti oluşturur. Entropideki bu artış, karıştırılan parçacıkların (veya mollerin) sayısı ile ölçeklenir. Polimerik moleküller çok daha büyük olduğundan ve bu nedenle genellikle küçük moleküllerden çok daha yüksek özgül hacimlere sahip olduğundan, polimerik bir karışımda yer alan molekül sayısı, eşit hacimli küçük bir molekül karışımındaki sayıdan çok daha azdır. Öte yandan karıştırma enerjisi, polimerik ve küçük moleküllü karışımlar için hacim bazında karşılaştırılabilir. Bu durum polimer çözeltileri için karıştırma serbest enerjisini artırma eğilimindedir ve böylece çözünmeyi daha az elverişli hale getirir ve böylece polimerlerin konsantre çözeltilerinin mevcudiyetini küçük moleküllerinkinden çok daha nadir hale getirir. ⓘ

Ayrıca, polimer çözeltilerinin ve karışımlarının faz davranışı küçük molekül karışımlarına göre daha karmaşıktır. Çoğu küçük molekül çözeltisi sadece soğutma ile faz ayrışmasının gerçekleştiği üst kritik çözelti sıcaklığı faz geçişi (UCST) sergilerken, polimer karışımları genellikle ısıtma ile faz ayrışmasının gerçekleştiği alt kritik çözelti sıcaklığı faz geçişi (LCST) sergiler. ⓘ

Seyreltik çözeltilerde, polimerin özellikleri çözücü ve polimer arasındaki etkileşim ile karakterize edilir. İyi bir çözücüde, polimer şişmiş görünür ve büyük bir hacim kaplar. Bu senaryoda, çözücü ve monomer alt birimleri arasındaki moleküller arası kuvvetler, molekül içi etkileşimler üzerinde baskındır. Kötü bir çözücüde veya zayıf çözücüde, molekül içi kuvvetler baskındır ve zincir büzülür. Teta çözücüsünde veya ikinci virial katsayısının değerinin 0 olduğu polimer çözeltisi durumunda, moleküller arası polimer-çözücü itmesi, molekül içi monomer-monomer çekimini tam olarak dengeler. Teta koşulu altında (Flory koşulu olarak da adlandırılır), polimer ideal bir rastgele bobin gibi davranır. Durumlar arasındaki geçiş bobin-globül geçişi olarak bilinir. ⓘ

Plastikleştiricilerin dahil edilmesi

Plastikleştiricilerin dahil edilmesi Tg'yi düşürme ve polimer esnekliğini artırma eğilimindedir. Plastikleştiricinin eklenmesi, cam geçiş sıcaklığı Tg'nin soğutma hızına olan bağımlılığını da değiştirecektir. Plastikleştirici molekülleri hidrojen bağı oluşumuna yol açarsa zincirin hareketliliği daha da değişebilir. Plastikleştiriciler genellikle kimyasal olarak polimere benzeyen ve daha fazla hareketlilik ve daha az zincirler arası etkileşim için polimer zincirleri arasında boşluklar yaratan küçük moleküllerdir. Plastikleştiricilerin etkisine iyi bir örnek polivinilklorürler veya PVC'lerle ilgilidir. Bir uPVC veya plastikleştirilmemiş polivinilklorür, boru gibi şeyler için kullanılır. Bir borunun içinde plastikleştirici yoktur, çünkü güçlü ve ısıya dayanıklı kalması gerekir. Plastikleştirilmiş PVC, esnek bir kalite için giysilerde kullanılır. Polimeri daha esnek hale getirmek için bazı streç film türlerine de plastikleştiriciler konur. ⓘ

Kimyasal özellikler

Polimer zincirleri arasındaki çekici kuvvetler, polimerin özelliklerinin belirlenmesinde büyük rol oynar. Polimer zincirleri çok uzun olduğundan, molekül başına bu tür birçok zincirler arası etkileşime sahiptirler ve bu etkileşimlerin polimer özellikleri üzerindeki etkisini geleneksel moleküller arasındaki çekim kuvvetlerine kıyasla artırırlar. Polimer üzerindeki farklı yan gruplar, polimeri kendi zincirleri arasında iyonik bağa veya hidrojen bağına borçlu hale getirebilir. Bu daha güçlü kuvvetler tipik olarak daha yüksek gerilme mukavemeti ve daha yüksek kristal erime noktaları ile sonuçlanır. ⓘ

Polimerlerdeki moleküller arası kuvvetler, monomer birimlerindeki dipollerden etkilenebilir. Amid veya karbonil grupları içeren polimerler, bitişik zincirler arasında hidrojen bağları oluşturabilir; bir zincirin N-H gruplarındaki kısmen pozitif yüklü hidrojen atomları, diğerindeki C=O gruplarındaki kısmen negatif yüklü oksijen atomlarına güçlü bir şekilde çekilir. Bu güçlü hidrojen bağları, örneğin, üretan veya üre bağları içeren polimerlerin yüksek gerilme mukavemetine ve erime noktasına neden olur. Poliesterler, C=O gruplarındaki oksijen atomları ile H-C gruplarındaki hidrojen atomları arasında dipol-dipol bağına sahiptir. Dipol bağı hidrojen bağı kadar güçlü değildir, bu nedenle bir polyesterin erime noktası ve mukavemeti Kevlar'ınkinden (Twaron) daha düşüktür, ancak polyesterler daha fazla esnekliğe sahiptir. Polietilen gibi polar olmayan birimlere sahip polimerler yalnızca zayıf Van der Waals kuvvetleri aracılığıyla etkileşime girer. Sonuç olarak, tipik olarak diğer polimerlerden daha düşük erime sıcaklıklarına sahiptirler. ⓘ

Bir polimer, boya ve yapıştırıcı gibi ticari ürünlerde olduğu gibi bir sıvı içinde dağıldığında veya çözündüğünde, kimyasal özellikler ve moleküler etkileşimler çözeltinin nasıl aktığını etkiler ve hatta polimerin karmaşık yapılar halinde kendi kendine birleşmesine yol açabilir. Bir polimer kaplama olarak uygulandığında, kimyasal özellikler kaplamanın yapışmasını ve suya dayanıklılık sağlayan süperhidrofobik polimer kaplamalar gibi dış malzemelerle nasıl etkileşime girdiğini etkileyecektir. Genel olarak bir polimerin kimyasal özellikleri, yeni polimerik malzeme ürünlerinin tasarlanması için önemli unsurlardır. ⓘ

Optik özellikler

PMMA ve HEMA:MMA gibi polimerler, katı hal boya katkılı polimer lazerler olarak da bilinen katı hal boya lazerlerinin kazanç ortamında matris olarak kullanılır. Bu polimerler yüksek yüzey kalitesine sahiptir ve aynı zamanda oldukça şeffaftır, böylece lazer özellikleri polimer matrisini uyuşturmak için kullanılan lazer boyası tarafından domine edilir. Aynı zamanda organik lazerler sınıfına ait olan bu tür lazerlerin, spektroskopi ve analitik uygulamalar için yararlı olan çok dar çizgi genişlikleri verdiği bilinmektedir. Lazer uygulamalarında kullanılan polimerdeki önemli bir optik parametre, kırılma indisinin sıcaklıkla değişimidir dn/dT olarak da bilinir. Burada bahsedilen polimerler için 297 ≤ T ≤ 337 K aralığında K-1 birimi cinsinden (dn/dT) ~ -1,4 × 10-4'tür. ⓘ

Elektriksel özellikler

Polietilen gibi geleneksel polimerlerin çoğu elektriksel yalıtkandır, ancak π-konjuge bağlar içeren polimerlerin geliştirilmesi, politiyofenler gibi polimer bazlı yarı iletkenlerin zenginliğine yol açmıştır. Bu da organik elektronik alanında birçok uygulamaya yol açmıştır. ⓘ

Uygulamalar

Günümüzde sentetik polimerler hayatın neredeyse her alanında kullanılmaktadır. Onlar olmasaydı modern toplum çok farklı görünürdü. Polimer kullanımının yaygınlaşması benzersiz özelliklerine bağlıdır: düşük yoğunluk, düşük maliyet, iyi termal/elektrik yalıtım özellikleri, korozyona karşı yüksek direnç, düşük enerji gerektiren polimer üretimi ve nihai ürünlere kolay işleme. Belirli bir uygulama için, bir polimerin özellikleri, kompozitlerde olduğu gibi diğer malzemelerle birleştirilerek ayarlanabilir veya geliştirilebilir. Uygulamaları enerji tasarrufu (daha hafif arabalar ve uçaklar, ısı yalıtımlı binalar), gıda ve içme suyunun korunması (ambalajlama), toprak tasarrufu ve daha az gübre kullanımı (sentetik elyaflar), diğer malzemelerin korunması (kaplamalar), yaşamın korunması ve kurtarılması (hijyen, tıbbi uygulamalar) sağlar. Temsili, kapsamlı olmayan bir uygulama listesi aşağıda verilmiştir. ⓘ

• Giyim, spor giyim ve aksesuarlar: polyester ve PVC giysiler, spandeks, spor ayakkabıları, dalgıç kıyafetleri, futbol ve bilardo topları, kayaklar ve snowboardlar, raketler, paraşütler, yelkenler, çadırlar ve barınaklar.
• Elektronik ve fotonik teknolojiler: organik alan etkili transistörler (OFET), ışık yayan diyotlar (OLED) ve güneş pilleri, televizyon bileşenleri, kompakt diskler (CD), fotorezistler, holografi.
• Ambalaj ve kaplar: filmler, şişeler, gıda ambalajları, variller.
• Yalıtım: elektrik ve ısı yalıtımı, sprey köpükler.
• İnşaat ve yapısal uygulamalar: bahçe mobilyaları, PVC pencereler, yer döşemeleri, sızdırmazlık, borular.
• Boyalar, yapıştırıcılar ve yağlayıcılar: vernik, yapıştırıcılar, dağıtıcılar, anti-graffiti kaplamalar, zehirli boya kaplamaları, yapışmaz yüzeyler, yağlayıcılar.
• Araba parçaları: lastikler, tamponlar, ön camlar, ön cam silecekleri, yakıt depoları, araba koltukları.
• Ev eşyaları: kovalar, mutfak eşyaları, oyuncaklar (örn. inşaat setleri ve Rubik küpü).
• Tıbbi uygulamalar: kan torbası, şırıngalar, lastik eldivenler, cerrahi sütür, kontakt lensler, protezler, kontrollü ilaç dağıtımı ve salınımı, hücre büyümesi için matrisler.
• Kişisel hijyen ve sağlık: süper emici polimerlerin kullanıldığı çocuk bezleri, diş fırçaları, kozmetikler, şampuan, prezervatifler.
• Güvenlik: kişisel koruyucu ekipmanlar, kurşun geçirmez yelekler, uzay giysileri, halatlar.
• Ayırma teknolojileri: sentetik membranlar, yakıt hücresi membranları, filtrasyon, iyon değiştirici reçineler.
• Para: polimer banknotlar ve ödeme kartları.
• 3D baskı. ⓘ

Standartlaştırılmış isimlendirme

Polimer maddelerin adlandırılması için birden fazla kural vardır. Tüketici ürünlerinde bulunanlar gibi yaygın olarak kullanılan birçok polimer, ortak veya önemsiz bir adla anılır. Önemsiz ad, standartlaştırılmış bir adlandırma kuralından ziyade tarihsel emsallere veya popüler kullanıma dayalı olarak atanır. Hem Amerikan Kimya Derneği (ACS) hem de IUPAC standartlaştırılmış adlandırma kuralları önermiştir; ACS ve IUPAC kuralları benzerdir ancak aynı değildir. Çeşitli adlandırma kuralları arasındaki farklara ilişkin örnekler aşağıdaki tabloda verilmiştir:

Yaygın isim	ACS adı	IUPAC adı ⓘ
Poli(etilen oksit) veya PEO	Poli(oksietilen)	Poli(oksietilen)
Poli(etilen tereftalat) veya PET	Poli(oksi-1,2-etandiyloksikarbonil-1,4-fenilenkarbonil)	Poli(oksietilenoksitereftaloil)
Naylon 6 veya Poliamid 6	Poli[imino(1-okso-1,6-hekzanediyl)]	Poli[azanediyl(1-oksohekzan-1,6-diyl)]

Her iki standartlaştırılmış konvansiyonda da polimerlerin isimleri, tekrar eden alt birimin kesin doğasından ziyade sentezlendikleri monomer(ler)i (kaynak bazlı isimlendirme) yansıtmayı amaçlamaktadır. Örneğin, basit alken etenden sentezlenen polimer polieten olarak adlandırılır ve polimerizasyon işlemi sırasında çift bağ çıkarılmasına rağmen -ene son eki korunur:

→

Ancak, IUPAC yapı bazlı isimlendirme tercih edilen yapısal tekrar eden birimin isimlendirilmesine dayanmaktadır. ⓘ

Karakterizasyon

Polimer karakterizasyonu, kimyasal bileşimi, moleküler ağırlık dağılımını ve fiziksel özellikleri belirlemek için birçok tekniği kapsar. Seçilmiş yaygın teknikler aşağıdakileri içerir:

• Boyut dışlama kromatografisi (jel permeasyon kromatografisi olarak da adlandırılır), bazen statik ışık saçılımı ile birlikte, sayı-ortalama moleküler ağırlığı, ağırlık-ortalama moleküler ağırlığı ve dağılmayı belirlemek için kullanılabilir.
• Statik ışık saçılması ve küçük açılı nötron saçılması gibi saçılma teknikleri, çözeltideki veya eriyikteki makromoleküllerin boyutlarını (dönme yarıçapı) belirlemek için kullanılır. Bu teknikler ayrıca mikrofaz ayrılmış blok polimerlerin, polimerik misellerin ve diğer malzemelerin üç boyutlu yapısını karakterize etmek için de kullanılır.
• Geniş açılı X-ışını saçılması (geniş açılı X-ışını kırınımı olarak da adlandırılır) polimerlerin kristal yapısını (veya eksikliğini) belirlemek için kullanılır.
• Fourier-transform infrared spektroskopisi, Raman spektroskopisi ve nükleer manyetik rezonans spektroskopisi gibi spektroskopi teknikleri kimyasal bileşimi belirlemek için kullanılabilir.
• Diferansiyel taramalı kalorimetri, polimerlerin cam-geçiş sıcaklığı, kristalleşme sıcaklığı ve erime sıcaklığı gibi termal özelliklerini karakterize etmek için kullanılır. Cam-geçiş sıcaklığı dinamik mekanik analiz ile de belirlenebilir.
• Termogravimetri, polimerin termal stabilitesini değerlendirmek için yararlı bir tekniktir.
• Reoloji, akış ve deformasyon davranışını karakterize etmek için kullanılır. Viskozite, modül ve diğer reolojik özellikleri belirlemek için kullanılabilir. Reoloji ayrıca moleküler mimariyi (moleküler ağırlık, moleküler ağırlık dağılımı, dallanma) belirlemek ve polimerin nasıl işlenebileceğini anlamak için de sıklıkla kullanılır. ⓘ

Bozulma

Otuz yıl boyunca sıcağa, soğuğa, fren hidroliğine ve güneş ışığına maruz kalmış plastik bir ürün. Malzemenin renginin solduğuna, şiştiğine ve çatladığına dikkat edin ⓘ

Polimer bozunması, ısı, ışık ve belirli kimyasalların, oksijenin ve enzimlerin varlığı gibi bir veya daha fazla çevresel faktörün etkisi altında bir polimerin veya polimer bazlı ürünün özelliklerinde (çekme mukavemeti, renk, şekil veya moleküler ağırlık) meydana gelen bir değişikliktir. Özelliklerdeki bu değişiklik genellikle polimer omurgasında zincir uçlarında veya zincirdeki rastgele pozisyonlarda meydana gelebilen bağ kırılmasının (zincir kopması) sonucudur. ⓘ

Bu tür değişiklikler sıklıkla istenmeyen bir durum olsa da, biyolojik bozunma ve geri dönüşüm gibi bazı durumlarda çevre kirliliğini önlemeye yönelik olabilir. Bozunma biyomedikal ortamlarda da faydalı olabilir. Örneğin, polilaktik asit ve poliglikolik asitten oluşan bir kopolimer, bir yaraya uygulandıktan sonra yavaşça bozunan hidrolize edilebilir dikişlerde kullanılır. ⓘ

Bir polimerin bozunmaya yatkınlığı yapısına bağlıdır. Epoksiler ve aromatik işlevler içeren zincirler özellikle UV bozunmasına karşı hassasken, polyesterler hidroliz yoluyla bozunmaya karşı hassastır. Doymamış omurga içeren polimerler ozon çatlaması yoluyla bozunur. Karbon bazlı polimerler, polidimetilsiloksan gibi inorganik polimerlere göre termal bozunmaya daha duyarlıdır ve bu nedenle çoğu yüksek sıcaklık uygulaması için ideal değildir. ⓘ

Polietilenin bozunması, polimerin atomlarını bir arada tutan bağların rastgele kırılması olan rastgele parçalanma ile gerçekleşir. 450 °C'nin üzerinde ısıtıldığında, polietilen bir hidrokarbon karışımı oluşturacak şekilde bozunur. Zincir ucu parçalanması durumunda monomerler serbest kalır ve bu süreç çözülme veya depolimerizasyon olarak adlandırılır. Hangi mekanizmanın baskın olduğu polimerin türüne ve sıcaklığa bağlı olacaktır; genel olarak, tekrar ünitesinde hiç sübstitüent bulunmayan veya tek bir küçük sübstitüent bulunan polimerler rastgele zincir parçalanması yoluyla ayrışacaktır. ⓘ

Polimer atıklarının geri dönüşüm amacıyla ayrıştırılması, plastik türünü tanımlamak için Plastik Endüstrisi Derneği tarafından geliştirilen reçine tanımlama kodlarının kullanılmasıyla kolaylaştırılabilir. ⓘ

Ürün hatası

Asetal reçine tesisat bağlantısında klor saldırısı ⓘ

Güvenlik açısından kritik polimer bileşenlerin arızalanması, çatlamış ve bozulmuş polimer yakıt hatları durumunda yangın gibi ciddi kazalara neden olabilir. Asetal reçine tesisat bağlantılarının ve polibütilen boruların klor kaynaklı çatlaması, özellikle 1990'larda ABD'de evlerde birçok ciddi su baskınına neden olmuştur. Su kaynağındaki klor izleri tesisatta bulunan polimerlere saldırmış, bu da parçalardan herhangi birinin kötü bir şekilde ekstrüde edilmesi veya enjeksiyonla kalıplanması durumunda daha hızlı ortaya çıkan bir sorun olmuştur. Hatalı kalıplama nedeniyle asetal bağlantıda meydana gelen saldırı, gerilme yoğunlaşmasının olduğu bağlantı parçasının dişleri boyunca çatlamaya yol açmıştır. ⓘ

Doğal kauçuk borularda ozon kaynaklı çatlama ⓘ

Polimer oksidasyonu tıbbi cihazlarla ilgili kazalara neden olmuştur. Bilinen en eski arıza modlarından biri, ozon gazı doğal kauçuk ve nitril kauçuk gibi hassas elastomerlere saldırdığında zincir parçalanmasının neden olduğu ozon çatlamasıdır. Ozonoliz sırasında yarılan tekrar birimlerinde çift bağlara sahiptirler. Yakıt borularındaki çatlaklar borunun deliğine nüfuz edebilir ve yakıt sızıntısına neden olabilir. Motor bölmesinde çatlama meydana gelirse, elektrik kıvılcımları benzini tutuşturabilir ve ciddi bir yangına neden olabilir. Tıbbi kullanımda polimerlerin bozulması, implante edilebilir cihazların fiziksel ve kimyasal özelliklerinde değişikliklere yol açabilir. ⓘ

Naylon 66 asit hidrolizine karşı hassastır ve bir kazada, kırılan bir yakıt hattı yola dizel dökülmesine yol açmıştır. Dizel yakıtın yola sızması halinde, siyah buza benzeyen tortunun kaygan yapısı nedeniyle takip eden araçların kaza yapmasına neden olabilir. Ayrıca, dizel yakıtın kompozit malzemedeki asfaltenleri çözmesi sonucunda asfalt beton yol yüzeyi zarar görecek, bu da asfalt yüzeyin bozulmasına ve yolun yapısal bütünlüğünün bozulmasına neden olacaktır. ⓘ