DERSİN KODU – ADI-AKTS-KREDİ

KİM 432 -Kauçuk Kimyası- 4-3

DERSİN PLANI VE İÇERİĞİ

Hafta

1

2

Giriş : Polimer Kimyasındaki Temel Kavramlar, Polimerlerin sınıflandırılması

ve genel özellikleri

3 Kauçuğun Tarihçesi; Kauçuk Kavramı ve Plastiklerden ayrılan özellikleri

4

5

Kauçuk Yapısı ve Özellikleri, Kauçukların Sınıflandırılması

6

7

Sentetik Kauçuklar; Sanayide kullanılan sentetik kauçukların ayrıntılı

yapılarının ve özelliklerinin incelenmesi

8

9

Kauçuklara Katılan Katkı Maddeleri; Kauçuk Üretim Yöntemleri

10

11

Kauçuklara Uygulanan Testler ve Test Yöntemlerinin İncelenmesi

12 Kauçuk Ürünler ve Kullanım Alanları,

13

14

Geri Kazanım Yöntemleri ve Kauçuk Ürünlerin Geri Kazanımı

KİM 432 –KAUÇUK KİMYASI- 4-3

Hafta

1

2

Giriş : Polimer kimyasındaki temel kavramlar, Polimerlerin sınıflandırılması

ve genel özellikleri

POLİMERLER

Polimer, küçük moleküllerin kovalent bağlarla bağlanmasıyla oluşan yüksek mol kütleli

moleküllerdir. Plastikler, polimer zincirinin kimyasal yapısı ve fiziksel özelliklerine göre çok

çeşitli özellikler gösterebilen büyük bir polimer grubunu kapsar. Plastiklerin mekanik

davranışları elastomerler ile elyaflar arasında yer almakla birlikte aynı termoplastik grubunda

yer alıp da sert ve yumuşak plastik olarak ayrılan plastiklerin mekanik davranışları da doğal

olarak birbirinden oldukça farklıdır.

Polimerlerin Genel Sınıflandırılması

Termoplastik

Termosetting

Elastomer,

Elastomerler

Elastomerler (kauçuklar), üzerlerine uygulanan yük etkisi ile yüksek oranda uzayabilen ve

vurma dayanımları iyi olan polimer sınıfırdır. Bu sınıf içinde yer alan kauçuklar, kalıcı

deformasyona uğramadan boylarının 5-10 katına kadar uzayabilen polimerlerdir.

termoplastikler ile kauçuklar Young modülü açısından karşılaştırıldığında termoplastikler

kauçuklardan yaklaşık 1000 kat büyüktür.

KİM 432 –KAUÇUK KİMYASI- 4-3

Hafta

3 Kauçuğun tarihçesi; Kauçuk kavramı ve plastiklerden ayrılan özellikleri

Kauçuğun Tarihçesi

Kauçuk hakkında Avrupa’ya ilk bilgileri Kristof Kolomb’un getirdiği tahmin edilmektedir.

Kolomb, Amerika kıtasına yaptığı ikinci seyahatinde Haiti adasındaki yerlilerin “ağaç

sakızı”dan yapılmış bir topla oyun oynadıklarını ve giysiler yaptıkları bilgisini aktarmıştır.

Amerika Yerlileri kauçuk ağacına, “ağlayan ağaç” anlamında cahucho diyorlardı. Güney ve

Orta Amerika’da Maya uygarlığından kalan kalıntılarda en az 900 yıllık ham kauçuk topakları

bulunmuştur. Kauçuk ağacını ilk tanıtan 1730’da Fresneau olmuştur. 1736’da La Condamine,

Güney Amerika’dan Paris’e kauçuk örnekleri göndermiştir. 1803 de Paris de ilk kauçuk

faprikası kurulmuştur. 1839 da ise Charles Goodyear vulkanizasyonu keşfetmiştir. John Boyd

Dunlop tarafından ilk havalı bisiklet lastiği de 1888 yılında üretilmiştir. 1909 da Almanya da

Bayer laboratubarlarında F. Holman tarafından da ilk sentetik kauçuk üretilerek dünyada ilk

patenti alınmıştır.

Kauçuk

Kauçuk, doğal halinde çapraz bağlı olmayan ancak çapraz bağlanabilme özelliğine sahip

polimerlerdir. Esnek, gerildiğinde boyunun birkaç katı kadar uzatılabilen ya da

sıkıştırıldığında biçimi değiştirilebilen ve üzerindeki kuvvet kaldırıldığı zaman tekrar

başlangıçtaki biçim ve boyutlarını alabilen polimerlerdir. Yüksek sıcaklık uygulandığında

deforme edici kuvvetlerin etkisi altında koyu kıvamsı akış özelliği gösterebilirler. Böylece

uygun şartlar altında şekillendirilebilirler. Kauçuklar, vulkanizasyon veya çapraz bağlanma

öncesi plastik özellik gösterirken sonrasında elastik özellik gösterir.

Kauçuğun Plastiklerden Ayrılması

Plastik ve elastomerler en kolay mekanik özelliklerinin incelenmesi ile birbirinden ayırt

edilebilirler. Bu amaçla uygulanabilecek en basit yöntem polimer örneklerinin kopma

noktasına kadar uzamalarını takip etmektir.

KİM 432 –KAUÇUK KİMYASI- 4-3

Hafta

4

5

Kauçuk yapısı ve özellikleri, Kauçukların sınıflandırılması

Doğal kauçuk Hevea Brasiliensis isimli kauçuk ağacının özsütü olan lateksinden elde edilen

maddedir. Ağacın kabuğu hafifçe yarılınca akan bu sütsü madde akarken hemen donduğu

halde yumuşaklığını kaybetmez ve buradan elde edilen polimer poli(cis-1,4-izopren)

polimeridir [cis-poliizopren veya poli(cis-izopren) de denir]. Poliizoprenin cis- izomeri;

yumuşak, amorf yapıdadır.

C

CH3

CH CH2CH2

poliizopren

n

[poli(1,4-izopren)]

Lateks, polimer taneciklerinin su içinde dağılmış halidir. Lateks protein, nişasta, alkaloid,

şeker, yağ, sakız, tanin, reçine gibi birçok maddenin karışımdan oluşan karmaşık bir sıvıdır.

Lateksin yaklaşık % 35 i doğal kauçuktur.

%100 doğal doğal kauçuk ürünler de mikroorganizmalar yaşayamaz, sürekli bir havalandırma

sağladığından terletme yapmaz. Doğal kauçuktan yapılan ürünlerin kullanımı sırasında hiçbir

ses çıkarmadığından rahatsızlık vermez, ömrü çok uzundur.

Vulkanizasyon

Doğal kauçuk, kauçuk ağacından elde edildiği haliyle mekanik özellikleri yetersiz, yapışkan

ve çözünebilen bir polimer olduğu için vulkanizasyon ile kauçuğun kimyasal yapısında çapraz

bağlanmalar oluşturularak geri dönüşümsüz olarak elastik özelliklere sahip duruma getirilmesi

işlemine vulkanizasyon denir.

KİM 432 –KAUÇUK KİMYASI- 4-3

Hafta

6

7

Sentetik Kauçuklar; Sanayide kullanılan sentetik kauçukların ayrıntılı

yapılarının ve özelliklerinin incelenmesi

Sentetik Kauçuklar

Zaman içerisinde kimyasal yapıları farklı çok sayıda sentetik elastomer geliştirilerek ticari

üretimi yapılmaktadır. Bazı önemli ticari elastomerler aşağıdaki gibidir

Akrilat-bütadien kauçuğu (ABR)

İzopren kauçuğu (IR) (poliizopren)

Bütil kauçuk (IIR) (izobütilen-izopren kopolimeri)

Etilen-propilen kauçuğu (EPM)

Stiren-bütadien kauçuğu (SBR)

Stirenik blok kopolimer (SBS)

KİM 432 –KAUÇUK KİMYASI- 4-3

Hafta

8

9

Kauçuklara katılan katkı maddeleri; Kauçuk üretim yöntemleri

Kauçuklara Katılan Katkı Maddeleri

Vulkanizasyon maddeleri, koruyucu maddeler, dolgu maddeleri, yumuşatıcılar ve proses

kolaylaştırıcılar

Bir kauçuk ürününün formül reçetesinde

kükürt,

aktive ediciler

yağ asidi,

hızlandırıcı,

dolgu maddeleri,

yumuşatıcı

anti-oksidan

şeklinde gruplandırmasını yaptığımız maddeler yer almaktadır.

kükürt

Normal kükürt (S8) ve plastik kükürt (Sp) şeklinde bulunan kükürt kauçuk işlenmesinde

vulanizasyon amacıyla kullanılmaktadır.

Aktive ediciler

Aktive ediciler, hızlandırıcıların etkisini artıran maddelerdir. Çinko oksit ilk aktive edici

olarak kullanılan kimyasaldır. Hızlandırıcı-aktive edici çifti, vulkanizasyon zamanını

kısaltırken, vulkanizasyon sıcaklığını düşürür. Aşağıda bazı aktive ediciler verilmiştir.

çinko oksit (ZnO)

mağnezyum oksit (MgO)

yağ asitleri (stearik asit, oleik asit vb, kauçuk içerisinde ZnO dağılımını da

iyileştirirler)

Hızlandırıcılar

Vulkanizasyon işleminde çinko oksit ile birlikte vulkanizasyonu hızlandırıcı etki yapan

kimyasllardır. Bu amaçla başlangıçta kullanılan ilk kullanılan anilindir. Anilin sağlığa

zararlı etkileri nedeniyle zaman içinde terk edilmiş, yerine merkaptobenzotiyoazol (MBT)

hızlandırıcısı kullanılmıştır. Diğer organik hızlandırıcılar arasında,

hekzametilen tetramin (HMTA)

difenil guanidin (DPG)

trifenil guanidin (TPG)

merkaptobenzotiyoazol (MBT)

ditiyokarbamatlar (SDC)

kimyasalları sayılabilir.

Dolgu maddeleri

Karbon siyahı kauçuklarda en yaygın ve en fazla kullanılan dolgu maddesidir. Yüzey alanı

büyük olduğu için tanecikli karbon siyahları takviye açısından en uygunudur, Aktif dolgu

maddesi görevi yaparak kauçuğun mekanik özelliklerini geliştirir Karbon siyahı ayrıca;

renklendirme (siyah), UV-ışınlarından koruma ve iletkenliği artırmak amacıyla kauçuklar

dışında diğer polimerlerde de katkı maddesi olarak kullanılan bir malzemedir.

Ayrıca, kauçuklarda maliyeti düşürmek amacıyla alüminyum silikatlar, kalsiyum karbonat,

silika, baryum sülfat vb dolgu maddeleri de kullanılmaktadır.

Kauçuk Üretim Yöntemleri

Kauçuk ürün üretim prosesi, üretilecek ürün türüne bağlı olarak değişmektedir. Her ürün için

spesifik bir üretim şekli olmasına rağmen, proses temeli ortak işlemlerden oluşmaktadır.

Konsantrasyon metodu,

Koagülasyon,

Karıştırma,

Ekstrüzyon,

Kalenderleme

Kalıplama

KİM 432 –KAUÇUK KİMYASI- 4-3

Hafta

10

11

Kauçuklara uygulanan testler ve test yöntemlerinin incelenmesi

Reolojik Kontrol

Doğal kauçuklar veya sentetik kauçuklar, karbon siyahı, proses yağları, pişiriciler,

hızlandırıcılar, yavaşlatıcılar gibi katkı malzemelerinin karıştırılması ile lastik hamuru olarak

hazırlandıktan sonra rheometre denilen cihazlarda lastiğin pişme eğrisi takip edilerek bir çok

özelliği kontrol edilebilir.

KİM 432 –KAUÇUK KİMYASI- 4-3

Hafta

13

14

Geri kazanım yöntemleri, Kauçuk ürünlerin geri kazanımı

Kauçuk üretim prosesinde açığa çıkan başlıca çevresel etkiler, kaçak emisyonlar, katı

atıklar ve tehlikeli atıklardır. Dünyada kauçuk ürünlerden en çok kullanılanı ve atık olarak

geri döneni araba lastikleridir. Kauçuk ürünlerin oluşumunda, karışıma pek çok kimyasal

madde girişi ve pek çok atık da ortaya çıkmaktadır. Öncelikle çözüücü salınımı, kauçuk

sanayiinin önemli bir atığını oluşturmaktadır. Genel olarak, aseton, toluen, metil etil keton,

1.1.1 triklor etan ve diklorometanı içeren çözücülerin salınımı olmaktadır.

Kauçuk tüketiminin artması ile fiyatların da artışı geri dönüşüm teknolojilerine olan

ilgiyi artırmıştır.

Kauçuğun geri kazanımı

Kullanılmış lastikler depolama sahasında depolandığı zaman çeşitli problemler yaratır. Geri

kazanımla, bu çevresel etkiler giderilir. Depolama sahasında bulunan lastikler çeşitli çevresel

ve toplum sağlığı ile ilgili problemler oluşturur. Depolama sahasında bertaraf edildiğinde,

zehirli gazlar oluşturur. Bu gazlar belirli bir basınç altında patlarlar.

Lastik atıklar diğer atıklardan ayrı olarak depolandığı zaman, tehlikeler daha belirgin hale

gelir. Bütün lastikler arasında yangın başlamasına neden olabilecek yeterli oksijen bulunur.

Yangın olduğunda, lastik yığınları aylarca sürebilecek yanmaya, toksik yağların toprağa ve

oradan da yer altı suyuna geçmesine neden olur. Ayrıca, lastik yığınları sivrisinek ve

kemirgenler için ideal bir yetişme ortamı sağlar.

Eski kauçukların değerlendirilmesi ile enerji tasarrufu ve yağ, kauçuk, çelik, tekstil gibi

hammaddelerin korunmasının yanı sıra bertarafı esnasında oluşan çeşitli problemler de

önlenir.

Fiziksel Yöntemlerle Geri Kazanım

Mikrodalga tekniği

Ultrasonik yöntem

Kriyojenik öğütme