4 polimer çözeltileri [uyumluluk...

19
3/11/2017 1 POLİMER MALZEMELER Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyon © 2017 Polimer çözeltilerin termodinamiği fizikokimyanın önemli ve ilgiçeken dallarından birisidir. Hangi çözücü hangi polimeri çözer ? Polimer-Çözücü arasındaki etkileşimler çözeltinin özelliklerini nasıl etkiler ? Polimer çözeltilerin özellikleri hangi uygulamalar a ilgi çekici gelir ? Polimer-çözücü sistemi için faz diyagramı a. Seyreltik çözelti fazı b. Şişmiş polimer veya jel Üst kritik çözelti sıcaklığı Alt kritik çözelti sıcaklığı Polimer Çözeltileri Polimerlerin, küçük molekül ağırlıklı sıvılarla etkileşimi pratik açıdan oldukça önemlidir. Polimerler hem üretim hem de işlenme aşamasında sıvılar ile etkileşirler. Örneğin birçok polimer çözücü polimerizasyonunda, çeşitli çözücülerin bulunduğu ortamlarda sentez edilir. Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

Upload: dangduong

Post on 29-Apr-2019

225 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: 4 polimer çözeltileri [Uyumluluk Modu]blog.aku.edu.tr/evcin/files/2017/03/4-polimer-çözeltileri.pdf · 3/11/2017 5 • Polimerlerin çözünebilmeleri yalnız onların fiziksel

3/11/2017

1

POLİMER MALZEMELER

Doç. Dr. Atilla EVCİNAfyon © 2017

• Polimer çözeltilerin termodinamiği fizikokimyanın önemli ve ilgiçekendallarından birisidir.

• Hangi çözücü hangi polimeri çözer ?• Polimer-Çözücü arasındaki etkileşimler

çözeltinin özelliklerini nasıl etkiler ?• Polimer çözeltilerin özellikleri hangi

uygulamalar a ilgi çekici gelir ?

• Polimer-çözücü sistemi için faz diyagramı• a. Seyreltik çözelti fazı b. Şişmiş polimer veya jel

Üst kritik çözelti

sıcaklığı

Alt kritik çözelti

sıcaklığı

Polimer Çözeltileri

• Polimerlerin, küçük molekülağırlıklı sıvılarla etkileşimi pratikaçıdan oldukça önemlidir.Polimerler hem üretim hem deişlenme aşamasında sıvılar ileetkileşirler.

• Örneğin birçok polimer çözücüpolimerizasyonunda, çeşitliçözücülerin bulunduğuortamlarda sentez edilir.

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

Page 2: 4 polimer çözeltileri [Uyumluluk Modu]blog.aku.edu.tr/evcin/files/2017/03/4-polimer-çözeltileri.pdf · 3/11/2017 5 • Polimerlerin çözünebilmeleri yalnız onların fiziksel

3/11/2017

2

• Naylon malzemenin su absorplamasıve şişmesi pratikte karşılaşılan polimerçözücü etkileşmesine bir örnektir.

• Plastikleştirme işlemi bir anlamdapolimerlerin küçük molekül ağırlıklımaddelerle şişirilmesidir.

• Boyalar ve yapıştırıcılar, polimerçözeltileri veya emülsiyonlarıdır.

• Polimerler sıvılarla temas edincegerçek çözünme veya jel oluşumugözlenir.

• Moleküller arasına yalnızca ikincilkuvvetlerin etkin olduğu bir polimer, birçözücü içine konduğu zaman, küçükçözücü molekülleri polimer içine difüzeolur ve polimeri şişirir.

• Bu durumda polimerik yapı, çözücü ileetkileşme şiddetine bağlı olarak bellimiktarda çözücüyü absorbe eder.

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

Page 3: 4 polimer çözeltileri [Uyumluluk Modu]blog.aku.edu.tr/evcin/files/2017/03/4-polimer-çözeltileri.pdf · 3/11/2017 5 • Polimerlerin çözünebilmeleri yalnız onların fiziksel

3/11/2017

3Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

Page 4: 4 polimer çözeltileri [Uyumluluk Modu]blog.aku.edu.tr/evcin/files/2017/03/4-polimer-çözeltileri.pdf · 3/11/2017 5 • Polimerlerin çözünebilmeleri yalnız onların fiziksel

3/11/2017

4

Polimer çözeltileri

• Polimer çözeltileri hem polimerler üzerineyapılan bir çok çalışmanın çözelti fazındayapılıyor olması hem de polimerikçözeltilerin endüstriyel bir çok alandakullanılmasından dolayı büyük önemtaşımaktadır

• Genel olarak polimer çözeltilerini uzunpolimer zincirleri ve küçük çözücümoleküllerinden oluşmuş bir sıvı olarakdüşünmek mümkündür.

Polimer-Çözücü Sistemi • Polimer ve çözücünün kimyasal yapılarındaki

benzerlik iyi çözünme için değerlendirilmesigereken hususların başında gelir.

• Kısaca “benzer benzeri çözer”.

• Örneğin; polibütilen, poliizopren vb polimerikhidrokarbonlar apolar yapılıdır. Bu polimerlerhegzan ve heptan gibi alifatik, benzen gibiaromatik hidrofobik çözücülerde iyiçözünürler.

• Buna karşın bu polimerler, aseton gibipolar ve özellikle kuvvetli hidrojen bağıyapan su gibi çözücülerde çözünmez,biraz şişerler.

• Polietilenoksit ve poliakrilonitril gibihidrofilik ve polar polimerler ise su,aseton vb hidrofilik ve polarçözücülerde çözülür ve apolarçözücülerde şişerler.

Polimerlerin Çözülmeleri

• Polimerlerin çözülmeleri için bazı şartlargerekir.

• Her polimer çözülmeyebilir, çözülseler dahitamamen çözülmeleri birkaç günden birkaçhaftaya kadar uzayabilir.

• Rosen isimli araştırmacı deneyselgözlemlerine dayanarak polimerlerinçözünebilmelerine ait aşağıdaki kurallarıortaya koymuştur.

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

Page 5: 4 polimer çözeltileri [Uyumluluk Modu]blog.aku.edu.tr/evcin/files/2017/03/4-polimer-çözeltileri.pdf · 3/11/2017 5 • Polimerlerin çözünebilmeleri yalnız onların fiziksel

3/11/2017

5

• Polimerlerin çözünebilmeleri yalnızonların fiziksel hallerine değil aynızamanda kimyasal yapılarına dabağlıdır.– polarlık,– molekül ağırlığı,– dallanma– çapraz bağlanma derecesi– kristalitesi gibi.

• Örneğin polar polimerler poli(akrilikasit), poli(akrilamid) ve poli(vinil alkol),suda çözünebilirler.

• Fakat polar olmayan yada çok azpolarlık gösteren polistiren, poli(metilmetakrilat), pol(vinil klorür), vepoli(izobutilen) gibi moleküller polarolmayan çözücülerde çözünürler.

Pola

rlık

• Polimerin molekül ağırlığı da çözünmeüzerinde önemli rol oynar.

• Belirli bir çözücü içinde belirli birsıcaklıkta polimerin çözünürlüğü artanmolekül ağırlığı ile azalır.

Mw Çözünürlük

Mol

ekül

ağı

rlığı

• Çapraz bağlı polimerler, zincirler birbirlerinekovalent bağlarla bağlandıkları için,çözünmezler.

• Ancak, pozitif etkileşimin olduğu çözücülereklendiği takdirde, çapraz bağlı polimerlerşişerler (swelling).

• Eğer çapraz bağ derecesi artarsa ve çokyoğun çapraz bağlardan oluşan bir polimerelde edilirse, bu polimerin şişmesi de azalırve çözücülerden nerdeyse hiç etkilenmezler.

Çap

raz

bağl

anm

a

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

Page 6: 4 polimer çözeltileri [Uyumluluk Modu]blog.aku.edu.tr/evcin/files/2017/03/4-polimer-çözeltileri.pdf · 3/11/2017 5 • Polimerlerin çözünebilmeleri yalnız onların fiziksel

3/11/2017

6

• Aynı şeyi çapraz bağlanma derecesiiçinde söylemek mümkündür.

• Yüksek oranda çapraz bağlanmaçözücü moleküllerinin polimerzincirlerinin birbirinden ayrılarak çözücüiçinde dağılmasını engelleyecektir.Ç

apra

z ba

ğlan

ma

• Sıcaklığın çözünürlüğe yardımcı olduğubir diğer durum ise kristal yapıya sahippolimerlerin çözünmesidir.

• Kristal yapısı yüksek polimerler de jelhalde kalıp tamamen çözünmezler.

• Ancak, kristallerin erime noktasınaulaşıldığında kristal yapıdan kurtulanpolimer zincirlerinin çözünürlüğüartabilir

Kris

talit

e• Kristal yapıdaki polimerlerin uygun bir

çözücü seçerek erime sıcaklıklarınınhemen altında bir sıcaklığa ısıtılarakçözülmeleri mümkündür.

• Örneğin erime sıcaklığı 135 °C olankristal yapıdaki lineer polietilenin bazıçözücüler kullanılarak 100 °C ninaltında bir çok çözücüde çözülmesimümkündür. Buna, erime noktasınındüşmesi (melting point depression)denir.

Kris

talit

e

• Zincir üzerinde bulunan dallanmalarçözünürlüğü artırıcı yönde etkidebulunur.

• Ancak dallar uzunsa bu zincirlerin birbirine dolaşmasına sebep olarakçözünmeyi geciktirir.

• Kısa dallanmalar ise polimer zincirleriarasındaki etkileşimleri neredeyse yokederek çözünmeyi hızlandırır.

Dal

lanm

a

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

Page 7: 4 polimer çözeltileri [Uyumluluk Modu]blog.aku.edu.tr/evcin/files/2017/03/4-polimer-çözeltileri.pdf · 3/11/2017 5 • Polimerlerin çözünebilmeleri yalnız onların fiziksel

3/11/2017

7

• Dallanmış polimerler, yan gruplarınbüyüklüklerine göre çözünebilirler.

• Eğer yan gruplar kısa moleküllerdenoluşuyorsa, ve zincirlerin kuvvetli bir sarmaloluşmasını engelleyecek büyüklükte ise, yangruplar polimer zincirlerini nispeten ayrıtuttuğu için bu polimer rahat çözünebilir.

• Yan grupların uzunluğu arttıkça bu kısımlarda polimer sarmalına eklenmeyebaşlayacağından polimer zincirlerininbirbirlerine dolanması (entanglement) iyicekarmaşık bir hal almaya başlar,ve çözünürlük azalır.

Dal

lanm

a

• Peki çözünme nasıl gerçekleşir ?• Daha öncede söylediğimiz gibi

polimerlerin çözünmesi bazen haftalarsüren bir prosestir.

• Küçük molekül ağırlıklı bir çözünen(örneğin şeker) su içinde çözüldüğündeçözünme anında gerçekleşir. Şekermolekülleri kristal yapıdan ayrılarakhemen su içinde dağılırlar.

• Ancak polimer molekülleri biraz farklıdır.• Polimerler birbiri içinde dolanmış uzun

zincirlerden oluşmuştur.• Hem molekül içi hem de moleküller arası bir

çok kuvvet bu yığını bir arada tutmaktadır.• Bu kuvvetler arasında dipol-dipol

etkileşimleri ya da hidrojen bağlarısayılabilir.

a) Polimer molekülü, bir çözücüye eklendikten hemen sonra katı haldedir

• Bu açıdan bakıldığında polimerlerinçözünme işleminin bir şekermolekülünden farklı olacağını görmekmümkündür.

• Billmeyer’e göre çözünme ikibasamakta gerçekleşir. İlk aşamadapolimer şişer, daha çözünmegerçekleşir.

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

Page 8: 4 polimer çözeltileri [Uyumluluk Modu]blog.aku.edu.tr/evcin/files/2017/03/4-polimer-çözeltileri.pdf · 3/11/2017 5 • Polimerlerin çözünebilmeleri yalnız onların fiziksel

3/11/2017

8

• Eğer polimer-çözücü etkileşimleripolimer-polimer arasındaki çekimkuvvetlerinden daha baskın ise zincirlerarasına çözücü molekülleriniabsorplanmaya başlar ve böylecepolimer matrisinin hacmi artar. Buaşamada yumak açılmaya başlar.

b) Birinci aşama, çözücüde şişen bir jel

• Burada önemli olan polimer ve çözücüarasındaki etkileşimin büyüklüğüdür.Ancak çözücünün polimer zincirlerineulaşabilmesi için öğütülmesi çözünmeişlemini hızlandıracaktır.

• Kristal yapıda, hidrojen bağları veçapraz bağlar içeren polimerler sözkonusu olduğunda çözünme işlemi buaşamada durur ve yalnızca şişmiş birjel oluşur.

• Polimer-çözücü etkileşimlerinin güçlü olduğudurumda ise çözünme işlemi devam eder vebirbirinden ayrılmaya başlamış olan polimerzincirleri çözücü içinde tamamen dağılır.

• Bu durumda bile tek başına polimer zincirleriyuvarlak küresel bir şekilde bulunmayı tercihederler. İşte çözünme sonunda polimerzincirlerinin kapladıkları bu küresel alanhidrodinamik hacim olarak bilinir.

c) İkinci aşama, bir çözelti içinde disperse olmuş polimer moleküllerinin çevrelerinin sarılması

a) Polimer molekülü, bir çözücüye eklendikten hemen sonra katı haldedir

b) Birinci aşama, çözücüde şişen bir jel

c) İkinci aşama, bir çözelti içinde disperse olmuş polimer moleküllerinin çevrelerinin sarılması

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

Page 9: 4 polimer çözeltileri [Uyumluluk Modu]blog.aku.edu.tr/evcin/files/2017/03/4-polimer-çözeltileri.pdf · 3/11/2017 5 • Polimerlerin çözünebilmeleri yalnız onların fiziksel

3/11/2017

9

Polimerlerin çözünürlüğünün termodinamik olarak değerlendirilmesi

• Bir polimerin bir çözücü içinde çözünüpçözünmeyeceğini belirlemek içinbakılabilecek bazı termodinamikbüyüklükler vardır. Bunlar Gibbs SerbestEnerjisi ve Çözünürlük paramatresidir.

• Saf bir polimer ve çözücü birbiri ilekarıştırıldığında çözünme serbest enerjisiaşağıdaki şekilde ifade edilebilir.

G = H - T S

• Burada• H, karışım sırasındaki entalpi değişimi,• T çözünmenin gerçekleştiği sıcaklık,• S ise karışma sonundaki entropi

değişimidir.

G = H – T . S

• Termodinamik bakış açısında bakıldığındaçözünme ancak G’nin (-) olduğudurumda gerçekleşecektir.

• S genelde (+) değerdedir, çünküçözünme ile birlikte polimer zincirleri dahadüzensiz bir hal almıştır.

• H ise hem (+) hemde (-) olabilir.

G = H – T . S

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

Page 10: 4 polimer çözeltileri [Uyumluluk Modu]blog.aku.edu.tr/evcin/files/2017/03/4-polimer-çözeltileri.pdf · 3/11/2017 5 • Polimerlerin çözünebilmeleri yalnız onların fiziksel

3/11/2017

10

• Buradan yola çıkarak S değerininbüyük olması gerekir..

• Çözünmenin gerçekleşmesi için Hdeğerinin de T.S değerinden dahaküçük olması gerekmektedir.

• Çözücü ile etkileşimi olmayan nonpolar sistemler için H değeri

• Hildebrand tarafından

H = s p (s - p)2

denklemi ile verilir.

H = s p (s - p)2

• Burada• s ve p çözücü ve polimerin hacimsel olarak

yüzdesidir.• s ve p ise çözücü ve polimerin kohesiv

enerji yoğunluğu KEY (CED) olarakbilinmektedir.

• Bu büyüklük molekülleri çözelti fazında tutanmoleküller arası kuvvetlerin bir göstergesidirve genel olarak çözünürlük parametresi diyebilinen ifadedir.

Çözünürlük parametresi aşağıdaki gibi verilir:

212

1

3

21

1

1 MPacmcal

VE

Isı olmayan bir proses için

1 2

Polimer Çözünürlüğü

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

Page 11: 4 polimer çözeltileri [Uyumluluk Modu]blog.aku.edu.tr/evcin/files/2017/03/4-polimer-çözeltileri.pdf · 3/11/2017 5 • Polimerlerin çözünebilmeleri yalnız onların fiziksel

3/11/2017

11

• Çözünürlük parametresi özellikle birpolimerin bir çözücü içinde çözünüpçözünmeyeceğini anlaşılmasıbakımından önemlidir.

• Ancak bu yaklaşım kuvvetli polimerçözücü etkileşimin olduğu sistemlerdeişe yaramamaktadır.

• Aşağıdaki tabloda çeşitli polimer veçözücüler için çözünürlük parametreleriverilmiştir.

Çözücü ds (MPa1/2) Polimer dp (MPa1/2)Acetone 20.3 Polybutadiene 14.6-17.6

Benzene 18.8 Polychloroprene 15.2-19.2

Carbon Tetrachloride 17.6 Polyethylene 15.8-18.0

Chloroform 19.0 Polyisobutylene 14.5-16.5

Cyclohexane 16.8 Polypropylene 18.9-19.2

Ethanol 26.0 Polyacrylonitrile 25.3-31.5

n-Hexane 14.9 Polymethylmethacrylate 18.4-26.3

Methanol 29.7 Polyvinyl acetate 18.0-19.1

Methylene Chloride 19.8 Polyvinyl alcohol 25.8

n-Pentane 14.3 Polyvinyl chloride 19.2-22.1

Toluene 18.2 Polystyrene 17.4-21.1

Water 47.9 Nylon 6.6 27.8

Malzeme MPa1/2

(cal/cm3)1/2

Özgül ağırlık20C (g/cm3)

Acetone 20.3 9.9 0.7899Carbone Tetrachloride 17.6 8.6 1.5940

n-Decane 13.5 6.6 0.73 @60CDifluorodichloro- methane 11.3 5.5 [email protected]

Polybutadiene 17.2 8.4 1.01Polyethylene 16.2 7.9 0.85 to 0.98

Polymethyl methacrylate 19.4 9.45 1.188Polytetrafluoro ethylene 12.7 6.2 2.00 (est)

Polyethylene oxide 20.0 9.9 1.20Polyethylene terephthalate 21.9 10.7 1.34

Polyvinyl alcohol 25.9 12.6 1.26Polyvinyl alcohol 19.8 9.6 1.39

• Genel kural olarak değerleribirbirine yakın olan polimer-çözücü sistemlerinin uygunolduğu söylenebilir.

• Bir polimerin bir çözücü içindeçözülebilmesi için (s - p)ifadesinin 2 den küçük olmasıgerekmektedir.

(s - p) < 2

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

Page 12: 4 polimer çözeltileri [Uyumluluk Modu]blog.aku.edu.tr/evcin/files/2017/03/4-polimer-çözeltileri.pdf · 3/11/2017 5 • Polimerlerin çözünebilmeleri yalnız onların fiziksel

3/11/2017

12

• Örneğin naylon 66 yı sudaçözmek isterseniz butermodinamik olarak mümkündeğildir.

s =47,9 p= 27,8

ds dp ideal bir çözücü için

( su - nylon6.6) = (47.9 - 27.8) MPa1/2

= 20.1 MPa1/2 >> 2.0

Örnek

• Ancak naylon 66 toluen içinde çözülebilir, çünkü

• ( toluen - nylon6.6) = (18.2 - 27.8) MPa1/2

= -9,6 MPa1/2 << 2.0

Örnek• Polietilen karbon tetra klorür içinde

çözülür mü?

• (s - p) = (CCI4 - PE) = (17,6 - 18) MPa1/2

= -0,4 MPa1/2 « 2.0

Çözülür

Örnek• Polistiren aseton içinde çözülür mü?

• (s - p) = (Ac - PS) = (20,3 – 21,1) MPa1/2

= -0,8 MPa1/2 « 2.0

Çözülür

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

Page 13: 4 polimer çözeltileri [Uyumluluk Modu]blog.aku.edu.tr/evcin/files/2017/03/4-polimer-çözeltileri.pdf · 3/11/2017 5 • Polimerlerin çözünebilmeleri yalnız onların fiziksel

3/11/2017

13

Soru ?• PVA için bir çözücü seçiniz

Seyreltik polimer çözeltileri• Bir çok karbon atomu birbirine uzun

zincirler oluşturacak şekildebağlandığından, bu zincirlerin bir çok yapısıvardır. Bu yapılar C-C tekli bağlarıetrafındaki dönmelerden kaynaklanır.

• Özellikle sentetik polimerlerde bu yapılararasındaki enerji farkı çok büyük değildir.

d’ nın Belirlenmesi • Bir polimer molekülü küçük moleküllü bir çözücüde

çözündüğünde katı ve amorf halde işgal ettiği hacimdendaha geniş bir hacim kaplayacaktır. Bu çözeltininviskozitesinde artmaya neden olur.

• Polimer ile çözücü aynı değerine sahip olduğunda polimermolekülleri maksimum hacme ulaşacak,sonuçta çözeltinin viskozitesi de maksimuma ulaşacaktır.Bir polimerin çeşitli çözücülerdeki aynı konsantrasyonlarasahip çözeltilerinin viskoziteleri ölçülerekpolimerin çözünürlük parametresi tayin edilebilir.

d’ nın Belirlenmesi • Polimer çapraz bağlı ise hiçbir çözücüde

çözünmez ancak polimer zincirlerininsegmentleri şişmiş bir jel vermek üzereçözünebilir.

• Çapraz bağlı örneği farklı değerlerine sahipçözücülerde denge değerine ulaşıncayakadar şişmeye bırakarak maksimumşişmenin olduğu çözücünün değerininpolimerin değerine eşit olduğu düşünülür.

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

Page 14: 4 polimer çözeltileri [Uyumluluk Modu]blog.aku.edu.tr/evcin/files/2017/03/4-polimer-çözeltileri.pdf · 3/11/2017 5 • Polimerlerin çözünebilmeleri yalnız onların fiziksel

3/11/2017

14

Polimerdeki Grup Cinsine göre d’ nın Belirlenmesi

• Polimerin çözünürlüğünün bulunması için polimer zincirindeki tekrarlanan birimlerdeki gruplardan yararlanılabilir.

• Bu amaçla aşağıdaki formüller kullanılır.

• Burada ; polimerin E molar buharlaşma entalpisi, V sıvının molar hacmi. Çeşitli grupların katkıları aşağıda verilmiştir.

Polimerdeki Grup Cinsine göre d’ nın Belirlenmesi

GRUP E (Cal cm-3)1/2

CH3 148

-CH2- 131.5

RRCH- 86

RRRRC 32

R-CH= 84.5

R-CH= aromatik 117

RR-C= aromatik 98

Cl (primer) 205

• Buhar yaklaşık olarak gaz gibi davrandığında V yerine ideal gaz denkleminden karşılığı yazıldığında ;

Polimerdeki Grup Cinsine göre d’ nın Belirlenmesi

Sıvının yoğunluğu, M sıvının molekül ağırlığı,R gaz sabitiT mutlak sıcaklık

Örnek• 25C’de suyun çözünürlük parametresini

hesaplayınız. H25=10,514 kcal2=[(10514 cal.mol-1)-(1,987 cal.mol-1.K-1)(298K)](1 g/cm3)(18 g/mol)

2= 551,2 cal.cm-3 = 2,3.109 J.m-3

= 23,5 (cal.cm-3)1/2= 48.103 (J.m-3)1/2= 48 MPa1/2

1 cal.cm-3= 4,184.106 J.m-3= 4,184.106 Pa= 4,184 MPa

1(cal.cm-3)1/2= 2,045 MPa1/2

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

Page 15: 4 polimer çözeltileri [Uyumluluk Modu]blog.aku.edu.tr/evcin/files/2017/03/4-polimer-çözeltileri.pdf · 3/11/2017 5 • Polimerlerin çözünebilmeleri yalnız onların fiziksel

3/11/2017

15

• Çözünürlük parametresi yaklaşımı sadece güçlüpolimer-çözücü etkileşimleri olmadığı zamanyararlıdır.

• Güçlü polimer-çözücü etkileşimi olduğunda başkamodifikasyonlar gereklidir. Hidrojen bağıgenellikle ya ilaveten ikinci bir parametre olarakkullanılır.

• Bazı durumlarda hem hemde negatif olabilmektedir.Bu durumda çözünürlük parametreleri kavramıgeçersizdir. Ancak pratik uygulamalar açısından çokkolay ve pratik bir yöntemdir.

Polimerdeki Grup Cinsine göre d’ nın Belirlenmesi

• Ancak polimer zincirleri, çözücü içinde lineer bir şekil yerine yumakçıklarhalinde bulunurlar.

• Olası polimer yapılarını tanımlamak için Random Coil (gelişi güzel yumakçıklar) modeli kullanılır.

• Random Coil denilen model de karbon atomlarının birbirine kıyasla sahip oldukları açılardan yola çıkarak bazı genellemeler yapılır.

• Burada C1, C2 ve C3 karbonlarının aynıdüzlemde olduğunu varsayalım. C4atomu huni şeklindeki bir alanda Ebağındaki dönmeye bağlı olarak herhangi bir yerde bulunabilir.

• Katı halde dönmelerden kaynaklanan açısı sabittir, ancak polimerçözüldüğünde bu değer değişerekpolimerin gelişigüzel yumaklaroluşturmasını sağlar

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

Page 16: 4 polimer çözeltileri [Uyumluluk Modu]blog.aku.edu.tr/evcin/files/2017/03/4-polimer-çözeltileri.pdf · 3/11/2017 5 • Polimerlerin çözünebilmeleri yalnız onların fiziksel

3/11/2017

16

• Oluşacak olan gelişigüzel yumağın şekli büyükölçüde kullanılan çözücüye, sıcaklığa vepolimerin molekül ağırlığına bağlı olarakdeğişecektir.

• Polimer için iyi bir çözücüde oluşan yumaktamamen yayılmış iken,

• polimer için zayıf çözücülerde yumak daha sıkıbir halde bulunacaktır.

• Polimer için kötü bir çözücü içinde ise polimerzincirleri arasındaki etkileşim daha baskınolacak ve bir araya gelen yumakçıklar polimerinçökmesine sebep olacaktır.

• Bu kavramlar polimerlerin saflaştırılmasındakullanılan önemli kavramlardır.

• Polimerin iyi bir çözücü içinde çözündüğünüvarsayalım. Eğer ortama kötü bir çözücüeklenecek olursa, çökelme gerçekleşmedenönce bir noktada G sıfır olacaktır.

• Bu noktada H = TS olacaktır. Yani Sdeğeri minimum olacaktır.

• Polimer-çözücü ve polimer-polimeretkileşimlerinin birbirine eşit olduğu bu nokta (teta) hali olarak bilinir.

• Herhangi bir polimerin halinegetirilmesi için ya sabit bir sıcaklıktauygun bir çözücünün seçilmesi (çözücü) yada verilen çözücü içindesıcaklığın ( sıcaklığı) ayarlanmasıgerekir.

• Bazı polimerler için çözücü ve sıcaklığı aşağıdaki tabloda verilmiştir.

Sıcaklığın etkisi

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

Page 17: 4 polimer çözeltileri [Uyumluluk Modu]blog.aku.edu.tr/evcin/files/2017/03/4-polimer-çözeltileri.pdf · 3/11/2017 5 • Polimerlerin çözünebilmeleri yalnız onların fiziksel

3/11/2017

17

Lineer yumak genleşme faktörü

Polimer Çözücü q (oC)Polyethylene n-Hexane 133

n-Hexanol / Xylene (70:30) 170n-Octane 210

Polypropylene (atactic) n-Butanol / Carbon Tetrachloride (33:67) 25n-Butanol / n-Hexane (32:68) 25Cyclohexanone 92

Polystyrene Benzene / n-Butanol (58:42) 35Cyclohexane 34-35Cyclohexanol 79-87

Poly (vinyl acetate) Ethanol 19Ethanol / Methanol (40:60) 36

Poly (vinyl alcohol) Ethanol / Water (41.5-58.5) 25Water 97

Poly (vinyl chloride) Cyclohexanone 22Dimethylformamide 36.5

Polyacrylamide Methanol / Water (2:3) 20Polymethylmethacrylate Acetone -126

Cyclohexanol 77.6Toluene -65Dioxane / Water (85:15) 25

Polimer Çözeltilerinin Viskozitesi• Polimer çözeltilerinin viskozitesini ifade

etmek için farklı tanımlar ve sembolerkullanılır.

• Polimer çözeltilerinin viskozitelerinietkileyen birçok parametre vardır.Bunlardan birisi de derişimdir.

• Einstein denklemine göre bir çözeltinin bağılviskozitesi aşağıdaki formülle verilmektedir.

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

Page 18: 4 polimer çözeltileri [Uyumluluk Modu]blog.aku.edu.tr/evcin/files/2017/03/4-polimer-çözeltileri.pdf · 3/11/2017 5 • Polimerlerin çözünebilmeleri yalnız onların fiziksel

3/11/2017

18

• Burada • çözeltinin viskozitesi, • s ise çözücünün viskozitesi• kürenin kapladığı hacimdir ve bağıl

viskozite ile doğru orantılıdır.

• Molekül ağırlığı ile viskozite arasındakiilişki ilk defa Staudinger tarafından ilerisürülmüş, diğer araştırmacılartarafından geliştirilerek aşağıdaki formadönüşmüştür.

[] = K.Ma

Kuhn-Mark-Houwink-Sakurada eşitliği

Molekülün şekli hakkında bilgi verir

a = 0.5 “ideal” çözücüdeki esnek polimer

zinciri

0.5 < a <0.8 “iyi” çözücüdeki esnek polimer

zinciri

a > 0.8 “sert” zincir

Viskozite-Molekül Ağ sabitleria

Polymer

Polystyrene(atactic)c

Polyethylene(low pressure)Poly(vinyl chloride)

Polybutadiene98% cis-1,4, 2% 1,297% trans-1,4, 3% 1,2Polyacrylonitrile

Poly(methyl methacrylate-co-styrene)30-70 mol%71-29 mol%Poly(ethylene terephthalate)Nylon 66

Solvent

CyclohexaneCyclihexaneBenzeneDecalin

Benzyl alcoholCyclohexanone

TolueneTolueneDMFg

DMF

1-Chlorobutane1-ChlorobutaneM-CresolM-Cresol

Temperature,oC35 d5025135

155.4d

20

30302525

30302525

Molecular WeightRange 10-4

8-42e

4-137e

3-61f

3-100e

4-35e

7-13f

5-50f

5-16f

5-27e

3-100f

5-55e

4.18-81e

0.04-1.2f

1.4-5f

Kb 103

8026.99.52

67.7

15613.7

30.529.416.639.2

17.624.90.77

240

ab

0.500.5990.740.67

0.501.0

0.7250.7530.810.75

0.670.630.950.61

aValue taken from Ref. 4e.bSee text for explanation of these constants.cAtactic defined in Chapter 3. d temperature.eWeight average.fNumber average.gN,N-dimethylformamide.

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

Page 19: 4 polimer çözeltileri [Uyumluluk Modu]blog.aku.edu.tr/evcin/files/2017/03/4-polimer-çözeltileri.pdf · 3/11/2017 5 • Polimerlerin çözünebilmeleri yalnız onların fiziksel

3/11/2017

19

Makromolekül Çözücü K x 102 a

Polistiren Benzen 0.95 0.74

Amylose 0.33 N KCl 11.3 0.50

Farklı proteinler 6M guanidine HCl0.1M b-MeSH

0.716 0.66

PVOH Metanol 0.02 0.76

Polimer viskozitesiyle moleküler özelliklerin ilişkisi• Moleküler boyut• Moleküler şekil• Moleküllerarası etkileşimler• Sıvının kendi yapısı

Viskoziteyi bileşime bağlayan birçok eşitlik vardır. Örneğin

bb

aa XX

1log1log1log

burada a ve b bileşenleri, X mol kesrini göstermektedir

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)