Polimerlerin Sınıflandırılması ve Tanımı

Polimerlerin sınıflandırılması için önce polimeri tanımlamamız gerekir. Polimerler, moleküler düzeyde tekrarlayan yapı birimlerinden oluşan büyük moleküllerdir. Genellikle monomer adı verilen daha küçük moleküllerin kimyasal bağlar aracılığıyla bir araya gelmesiyle oluşurlar. Bu bağlanma işlemini polimerizasyon olarak adlandırabiliriz. Polimer, doğal kaynaklardan elde edilebileceği gibi sentetik olarak da üretilebilirler. Bu özellikleri nedeniyle polimer, geniş bir endüstriyel ve bilimsel uygulama alanına sahiptir. Örneğin, plastikler, tekstil malzemeleri, ilaçlar ve biyomalzemeler gibi birçok alanda kullanılmaktadırlar.

Polimerlerin Sınıflandırılması

1.Moleküler Ağırlığına Göre Polimerler

Polimer, moleküler düzeyde tekrar eden yapı birimlerinden oluşur. Bu yapı birimlerine monomerler denir. Polimer, genellikle monomerlerin birbirine kimyasal bağlar aracılığıyla eklenmesiyle oluşur. Ancak, polimerlerin molekül ağırlığı oldukça geniş bir aralıkta olur.

• Oligomerler: Polimerlerin en küçük formu olan oligomerler, sadece birkaç monomer biriminden oluşurlar. Bunlar genellikle polimerizasyon sürecinin başlangıcında meydana gelirler ve düşük molekül ağırlıklarına sahiptirler.
• Polimerler: Daha uzun zincirler oluşturmak için monomer birimlerin birbirine eklenmesiyle polimer oluşur. Polimer, düşük molekül ağırlıklı (oligomerlerden biraz daha büyük) ila yüksek molekül ağırlıklı (makromoleküler) arasında değişen bir aralıkta olabilir.
• Makromoleküler Polimerler: Polimer zincirlerinin birbirine kimyasal olarak (çapraz) bağlanmasıyla büyük bir molekül ağırlığına sahip olan makromoleküler polimer oluşur. Bu durumda, molekül ağırlığı sonsuz olarak kabul görür. Çünkü zincirlerin boyutu pratikte sınırsız hale gelir.

Bu geniş molekül ağırlığı aralığı, polimerlerin farklı fiziksel ve kimyasal özelliklere sahip olmalarını sağlar ve çeşitli endüstriyel ve bilimsel uygulamalarda kullanılmalarını mümkün kılar.

2.Doğal ve Sentetik Polimerler

Polimer, doğal ve sentetik olmak üzere genel olarak iki kategoriye ayrılabilir.

• Doğal Polimerler: Doğada bulunan ve yaşamın temel maddelerinden olan polimerlerdir. Örnekler arasında selüloz, proteinler, nişasta ve doğal kauçuk bulunur. Bu polimerler, genellikle ağaçlar, bitkiler, hayvan dokuları gibi doğal kaynaklardan elde edilirler. Karakteristik olarak, bu polimerlerin zincirleri genellikle aynı uzunlukta ve yapıdadır.
• Sentetik Polimerler: Laboratuvar veya endüstriyel koşullarda özel yöntemlerle üretilen polimerlerdir. Yaygın olarak kullanılan sentetik polimerler arasında polietilen (PE), polivinilklorür (PVC), polimetilmetakrilat (PMMA), naylon gibi örnekler bulunmaktadır. Bu polimerlerin zincirleri genellikle farklı uzunluklarda ve bileşimlerde olurlar.

Doğal polimer genellikle homojen zincir yapılarına sahipken, sentetik polimerlerde zincirlerin boyutları ve bileşimleri genellikle çeşitlidir. Ancak, son yıllarda geliştirilen bazı özel yöntemlerle sentetik polimerlerin doğal polimerlerin özelliklerine daha yakın hale getirilmesi amaçlanmıştır.

3.Organik ve İnorganik Polimerler

Polimerler, organik ve inorganik olmak üzere genel olarak iki ana gruba ayrılabilir.

• Organik Polimerler:
  • Doğal Organik Polimerler: Doğal kaynaklardan elde edilen organik polimerlerdir. Örnekler arasında selüloz, nişasta, proteinler ve doğal kauçuk bulunmaktadır.
  • Sentetik Organik Polimerler: Laboratuvar veya endüstriyel koşullarda sentezlenen organik polimerlerdir. Polietilen (PE), polivinilklorür (PVC), polimetilmetakrilat (PMMA), naylon gibi sentetik polimerler örnekler arasında bulunmaktadır.
• İnorganik Polimerler:
  • Doğal İnorganik Polimerler: Doğal kaynaklardan elde edilen inorganik polimerlerdir. Örnekler arasında kuvars, zeolitler ve bazı minerallerin belirli yapıları bulunmaktadır.
  • Sentetik İnorganik Polimerler: Laboratuvar veya endüstriyel koşullarda sentezlenen inorganik polimerlerdir. Örnekler arasında silikon bazlı polimerler ve metal-organik çerçeveler (MOF’lar) bulunmaktadır.

Bu sınıflandırma, polimerlerin temel bileşenleri ve kaynaklarına göre genel bir bakış sağlar. Organik polimer genellikle karbon içerirken, inorganik polimerlerde karbon içeriği daha düşüktür veya hiç bulunmayabilir. Organikler genellikle biyolojik sistemlerde bulunurken, inorganik polimer genellikle mineral veya sentetik kimya uygulamalarında kullanılır.

4. Sentezleme Tepkimesine Göre Polimerler

Polimerlerin sentezlenme tepkimesine dayalı olarak yapılan bir diğer sınıflandırma, basamaklı (kondensasyon) polimerler ve zincir (katılma) polimerleri olarak iki ana grupta toplamayı içerir. Bu sınıflandırmayı ilk kez 1920’lerde Carothers önermiştir.

• Basamaklı (Kondensasyon) Polimerler: Bu tip polimerlerde, iki veya daha fazla fonksiyonlu molekülün kondenzasyon yoluyla bağlanmasıyla polimerizasyon gerçekleşir. Örneğin, polietilen adipat polyesteri, etilen glikal ve adipik asit gibi monomerlerin kondenzasyon reaksiyonu sonucunda oluşur. Bu reaksiyonda su gibi bir yan ürün meydana gelir.
• Zincir (Katılma) Polimerleri: Bu tip polimerlerde, iyonik veya serbest-radikal içeren etkin bir madde konumunda olan zincirlerin doğrudan tepkimesi veya re-organizasyonu yoluyla polimerizasyon meydana gelir. Örneğin, serbest-radikal polimerizasyonunda, monomerler arasındaki çift bağların açılmasıyla zincirlerin birleşmesi gerçekleşir.

Bu sınıflandırma, polimerlerin sentezlenme mekanizmalarına dayanarak temel farklılıklarını vurgular. Basamaklı polimerizasyonda, monomerler arasındaki kimyasal bağlar oluşturularak polimer oluşurken, zincir polimerizasyonunda mevcut zincirlerin doğrudan reaksiyonuyla veya re-organizasyonuyla polimer oluşumu gerçekleşir.

5. Zincirlerin Fiziksel ve Kimyasal Yapılarına Göre Polimerler

Zincir polimerlerinin fiziksel ve kimyasal yapılarına dayalı yapılan sınıflandırmada, polimer zincirlerinin organizasyon ve düzenlenme şekilleri temel alınır.

• Doğrusal Zincirler: Doğrusal zincirler, polimer zincirlerinin birbirine doğrusal bir şekilde bağlandığı polimerlerdir. Her bir monomer birimi, bir sonraki monomer birimine sadece iki bağ aracılığıyla bağlanır. Bu durum, zincirin genellikle esnek bir yapı oluşturmasına ve doğrusal bir şekilde hareket etmesine neden olur. Polietilen gibi plastikler bu gruba örnektir.
• Dallı Zincirler: Dallı zincirler, polimer zincirlerinin bir veya daha fazla yan zincirle dallandığı polimerlerdir. Bu yan zincirler, ana zincire tek bir bağla bağlıdır ve zincirin çeşitli noktalarından uzanır. Dallı zincirler, polimerin mekanik özelliklerini değiştirerek örneğin sertliği veya erime noktasını etkileyebilir. Düşük yoğunluklu polietilen (LDPE) bu gruba bir örnektir.
• Ağ Yapılı (Kross-linkli) Zincirler: Ağ yapılı zincirler, polimer zincirlerinin çapraz bağlarla birbirine bağlandığı polimerlerdir. Bu çapraz bağlar, zincirler arasında üç boyutlu bir ağ yapısı oluşturur ve polimerin genellikle sert ve rijit bir yapıya sahip olmasına neden olur. Ağ yapılı polimer, termoset polimerlerin tipik bir özelliğidir ve ısı veya kimyasal olarak sertleşirler. Epoksi reçineleri bu gruba örnektir.

Bu sınıflandırma, polimer zincirlerinin farklı organizasyonlarının ve düzenlenme şekillerinin farklı fiziksel ve kimyasal özelliklere sahip olmasını vurgular. Bu bilgi, polimerlerin özelliklerini anlamak ve belirli uygulamalara uygun malzemeler seçmek için önemlidir.

6. Isıya Karşı Gösterdiği Davranışa Göre Polimerler

Polimerlerin ısıya karşı gösterdiği davranışa dayalı olarak yapılan bir sınıflandırma, polimerlerin termal özelliklerini anlamak için önemlidir.

• Termoplastik Polimerler: Termoplastik polimerler, ısı uygulandığında yumuşayıp şekil değiştirebilen ve soğuduğunda tekrar katılaşabilen polimerlerdir. Bu tür polimerler, tekrar tekrar ısıtılıp şekil değiştirilebilirler, bu da geri dönüşümlerini ve yeniden işlenmelerini kolaylaştırır. Örnekler arasında polietilen, polipropilen, polistiren ve polivinil klorür (PVC) bulunmaktadır.
• Termoset Polimerler: Termoset polimerler, ısı uygulandığında kimyasal olarak sertleşen ve artık şekil değiştirilemeyen polimerlerdir. Bu tür polimerler, yüksek sıcaklıklara maruz kaldıklarında çapraz bağlar oluştururlar, bu da moleküllerin hareketini engeller ve polimerin sertleşmesine neden olur. Termoset polimerler genellikle daha yüksek ısı ve kimyasal dirence sahiptirler, ancak geri dönüşümü zordur. Örnekler arasında epoksi reçineleri, fenol formaldehit reçineleri ve poliüretanlar bulunmaktadır.

Bu sınıflandırma, polimerlerin ısıya karşı gösterdiği davranışın temel farklılıklarını vurgular. Termoplastik polimerler, ısı uygulandığında esnekliklerini korurken, termoset polimerler ısıya maruz kaldıklarında kalıcı bir şekilde sertleşirler. Bu bilgi, polimerlerin kullanıldığı çeşitli uygulamalar için malzeme seçiminde önemli bir rol oynar.

7. Zincir Yapısına Göre Polimerler

Zincir yapılarına göre polimerlerin sınıflandırılması;

1. Rastgele Kopolimerler: Rastgele kopolimerler, polimer zincirlerinin birbirine rastgele olarak karışmış olduğu polimerlerdir. Bu tip polimerlerde farklı monomer birimleri rastgele bir araya gelerek zincirler oluşturur. Bu durum, homopolimer zincirlerinin yanı sıra farklı monomer birimlerinin dizilimini içeren zincirlerin oluşumunu sağlar. Rastgele kopolimerlerin örnekleri arasında etilen ve propilen gibi monomerlerin bir arada bulunduğu etilen-propilen kopolimerleri bulunur.
2. Ardışık Kopolimerler: Ardışık kopolimerler, polimer zincirlerinin ardışık olarak farklı monomer birimlerinden oluştuğu polimerlerdir. Bu tip polimerlerde farklı monomer birimleri sıralı olarak zincire eklenir, bu da polimer zincirinin belirli bir düzenliliğe sahip olmasını sağlar. Ardışık kopolimerlerin örnekleri arasında polietilen-altı kopolimerler ve akrilonitril-stiren kopolimerler bulunur.
3. Blok Kopolimerler: Blok kopolimerler, farklı monomer birimlerinden oluşan polimer zincirlerinin bir araya gelerek bloklar oluşturduğu polimerlerdir. Bu tip polimerlerde bir blok homopolimerik bir yapıya sahipken, diğer blok farklı bir homopolimerik yapıya sahiptir. Blok kopolimerlerin örnekleri arasında polistiren-bütadien kauçuk (SBR) ve polietilen-propilen kauçuk (EPR) bulunur.
4. Aşılı Kopolimerler: Aşılı kopolimerler, bir polimer zincirinin belirli aralıklarla farklı bir monomer birimine bağlı yan zincirlerle modifiye edildiği polimerlerdir. Bu tip polimerlerde ana zincir genellikle bir homopolimerdir ve yan zincirler farklı bir monomerden oluşur. Aşılı kopolimerlerin örnekleri arasında polietilen-glikol (PEG) ve polistiren-polibütadien (PS-PB) bulunur.

Bu sınıflandırma, polimerlerin zincir yapılarındaki temel farklılıkları vurgular ve çeşitli polimerlerin yapısal ve fonksiyonel özelliklerini anlamak için faydalı bir çerçeve sağlar.