lif kimyı1s ı

149 Pages·2009·46.47 MB·Turkish

L İ F
K İ MYI1S I
Doç. Dr. Mehmet SAÇAK
Ankara Üniversitesi
Fen Fakültesi
Kimya Bölümü
Ankara 1994
A.O.F.F. Döner Sermaye işletmesi Yayınları Na 18
BÜTÜN HAKLAR' SAKLIDIR
Yazarın yazılı izni olmadıkça, kitabın bir kısmı ya da tamamı herhangi bir yolla
çoğaltılamaz veya kullanılamaz
Ç İNDEKİLEIt
1. Giriş
1.1 Lif tanımı (cid:9) 4
2. Polimerler (cid:9) 8
2.1 Polimer tanımı ve molekiil ağırlığı (cid:9) 8
2.2 Polimerizasyon tepkimeleri (cid:9) 12
2.3 Polimerlerin ısıl davranışları, (cid:9) 19
3. Liflerin Özellikleri (cid:9) 23
3.1 Geometrik özellikler (cid:9) 25
3.2 Fiziksel özellikler (cid:9) 28
3.3 Kimyasal özellikler (cid:9) 34
4, Lif Oluşturabilen Polimerlerin Yapısı (cid:9) 38
4.1 Morfoloji (cid:9) 39
4.2 Yönlenme (cid:9) 41
4.3 Molekül ağırlığı ve zincir şekli (cid:9) 46
4.4 Doğı-usal simetri (cid:9) 48
4.5 Moleküler esneklik (cid:9) 50
5. Lif Çekme Yöntemleri (cid:9) 54
5.1 Eriyikten çekme (cid:9) 55
5.2 Ç5zeltiden çekme (cid:9) 57
6. Doğal Lifler (cid:9) 62
6.1 Hayvansal lifler (cid:9) 62
6.2 Bitkisel lifler (cid:9) 68
6.3 İnorganik lifler (cid:9) 70
7. Yarı-yapay Lifler (cid:9) 72
7.1 Rejenere selülozik lifler (cid:9) 73
7.2 Selüloz türevi lifler (cid:9) 80
7.3 Rejenere protein lifleri (cid:9) 82
8. Yapay Lifler (cid:9) 86
8.1 Poliamit lifler (cid:9) 87
8.2 Poliester lifler (cid:9) 99
8.3 Akrilik ve modakrilik lifler (cid:9) 105
8.4 Olefin lifleri (cid:9) 111
8.5 Vinil ve yiniliden lifleri (cid:9) 114
8.6 Elastomerik liflor (cid:9) 121
8.7 Poliester-eter lifler (cid:9) 125
8.8 inorganik lifler (cid:9) 127
9. Liflerin Analizi (cid:9) 130
9.1 On gözlemler (cid:9) 131
9.2 Mikroskopik yöntemler (cid:9) 132
9.3 Fiziksel yöntemler (cid:9) 132
9.4 Kimyasal yöntemler (cid:9) 136
DiZiN(cid:9) 142
ÖNSÖZ
Bilindiği gibi polimerler ve polimerlerden yapılan ürünler günümüzde plastik,
kauçuk, yapıştıncı gibi son ürünler halinde kullanılan vazgeçilmez materyallerdir.
Yapay veya doğal polimerlerin önemli bir bölümü lif olarak kullanılmakta ve
tüketilmektedir.
Lifler özde polimerik yapıdadır ve lif kimyasının iyi anlaşılabilmesi için
polimer kimvasınm bazı temel konularının bilinmesi gerekir. Bu nedenle kitapta ayn
bir bölüm halinde (Bölüm 2) çok kısa da olsa polimerlerle ilgili bilgiler verilmiştir.
Günümüzde insan-yapısı [itler toplam lif tüketimi içerisinde önemli bir paya sahiptir
ve gelişime de açıktır. Insan-yapısı liflere daha fazla yer verilerek bu lifier Yarı-Yapay
Lifler (Bölüm 7) ve Yapay Lifler (Bölüm 8) ba.şlıklan altında aynntılı olarak
incelenmiştir. Doğal liflere ise daha kısa olsa da Bölüm 6 da ayrıca yer verilmiştir.
Liflerin mekanik, kimyasal ve fiziksel özellikleri kendisini oluşturan polimerin
kimyasal yapısı yanında polimer zincirlerinin düzeni, btiytllcItiğü fiziksel etkileşimleri
gibi faktörlere de yakından bağlıdır. Bu nedenle bir polimerin lif amaçlı
kullanilabilinesi için gerekli yapısal özelliklere Bölüm 4 de değinilmiş, yeri geldikçe lif
kimyası yanında lifierin mekanik ve fiziksel özellikleri de ele al ınmıştır.
Içerik açısından kitap Ankara Üniversitesi Fen Fakültesi Kimya Bölümünde
lisans düzeyinde verilen Yapay Elyaf Kimyası dersine yönelik hazırlanmıştır. Ancak,
kitabın liderle karşılaşılan alanlarda da yardımcı bir kaynak olacağı düşünülmektedir.
Kitapta yazan ve çizim hataları olabilir. Bu konularda meslektaşlarımdan
gelecek uyarılar ve içerik açısından yapılacak eleştiriler ileri ki basimlarda yararlı
olacaktır.
Doç Dr. Mehmet SAÇAK
Eyltil 1994
Günümüz kimya sanayi içerisinde polimerlerin önemli bir yeri
vardır ve kimya sanayi uğraşı alanlarının çoğu polimer -üretimi ya
da polimer üretimi için gerekli yan girdilerin sağlanmasına yönelik
bir hale gelmiştir. Genelde polimerler günlük yaşamda plastik,
kauçuk, lif, reçine, yapıştımı gibi son ürünler haline getirilerek
kullandırlar. Bir polimerin hangi amaçla kullanılabileceği kimyasal,
fiziksel ve mekanik özelliklerine oldukça bağlıdır.
Lifler hangi kaynaktan elde edilirse edilsin genelde yap ısal
açıdan bir polimer ürünüdür. Polimerik yapıda olmayan lifler_
(metalik lifler gibi) bulunsa da, bu tür liflerin polimerik liflere göre
üretim miktarları ve kullanım alanları oldukça sınırlıdır. Bu
nedenle, liflerin temel ve karekteristik özelliklerini incelerk9n..
kendisini oluşturan polimeri göz önüne almak gerekir.
Lif oluşturabilen polimerlerin son ürüne dönüştürüldüğü: en
önemli endüstri dalları tekstil ve kağıt endüstrilericlir. Kağıt
endüstrisi büyük boyutlarda ochından elde edilen doğal selülozu
kullanır. Tekstil endüstrisi ise girdilerini hem doğal hem de yapay
kaynaklardan sağlar.
Lifler basitçe elde edildikleri kaynağa göre doğal lifler ve
insan yapısı lifler olmak üzere iki ana grup altında toplanabilir
-
(Çizelge 1.1). Doğal lifler, doğadan sağlanan liflerdir ve çoğu kez
bir ön terai7leme işleminden geçirildikten sonra doğrudan dokuma
amacıyla kullanılabilirler. Bu lifleri oluşturan polimerlerin
sentezinde veya bu polimerin lif haline getirilmesinde insan eme ği
M. Saçak
I. Girip
Çizelge 1.1 Liflerin elde edildiği kaynağa göre
gruplandınlması
lifler
doğal lifler insan-yapısı lifler
hayvansal lifler
bitkisel lifler
ari-vanav lifler
inorganik lifler
rejenere selülozik lider
selüloz türevi lifler
rejenere protein lifleri
yapay lifler
pali amit
poliester lifler
akrilik ve modakrilik lider
Metin lifleri
vinil ve viniliden lideri
elastomerik lifler
poliester.etar lifler
inorganik lifler
söz konusu değildir. Doğal lif kaynakları bitkiler, hayvanlar ve
minerallerdir.
Diğer ana grubu oluşturan insanyapısl lifler doğal organik
-
polimerlerden, inorganik maddelerden ve yapay polimerlerden elde
edilir. Çizelge 1.1' den görülebileceği gibi insan-yapısı lifler kendi
içerisinde, yapay lifler ve yan-yapay lifler olarak iki alt gruba
ayrılır. Lif ,üretiminde kullanılan polimer tamamen yapay olarak
elde edilir ve daha sonra lif haline getirilirse, bu tür bir lif yapay lif
olarak tanımlarur. Eğer doğal kaynaklardan elde edilen bir polirner,
uygun ışlemlerden geçirilerek insan emeği ile lif haline getirilirse
yan yapqy lif grubuna girer.
-
M. Saçak
Yarı-yapay lif üretiminde kullanılan doğal polimer ağırlıklı
olarak selüloz olduğu için bu grup lifler seiülozikler (selülazik lifler)
olarak da bilinirler. Seliilozikler, ticari amaçla üretimi yapılan ilk
insan-yapısı liflerdir. Yarı-yapay lif grubu içerisinde rejenere protein
lifleri de yer almakla birlikte bu liflerin tekstil endüstrisinde fazlaca
önemi yoktur ve ' üretim miktarı açısından da seliiloziklerle
kıyaslanamaz.
Yapay organik polimerlerden elde edilen lifler 1940' larda
tekstil endüstrisinde yerini almaya başlamış ve hızla gelişerek
`önemli bir lif grubunu oluşturmuşlardır.
Doğal liflerin ne zaman insanlar tarafından kullanılmaya
başlandığını ve dokuma amacıyla kullanılan ilk doğal lifin hangisi
olduğunu belirlemek güçtür. Ancak, giyim amac ıyla kaba
dokumalarm yirmi bin yıl önceleri kullanılmaya başlandıkları
arkeolojik bulgulara dayanılarak tahmin edilmektedir. Doğal lifler, o
yıllar için kaynaklarının bolluğu ve talebin azlığı nedeni ile uzun
yıllar insan.gereksinimlerini karşılayabifınişlerdir.
İnsan-yapıaı lif üretilebileceğine ilişkin ilk düşünce 1860' larda
Robert Hook tarafından ortaya atılmıştır. O yıllardaki teknolojik
yetersizlikler, bilgi eksikliği ve doğal liflerin gereksinimieri
karşılayabilmesi gibi nedenlerden dolayı bu düşünce fazlaca ilgi
görmemiştir. Çok sonraları, Chardonnet ipek' i olarak bilinen ilk
yarı-yapay lif 1889' da -üretilmiştir. Chardonnet ipeği selüloz nitratm
rejenarasyonu ile üretilmiş bir rejenere selülozik liftir (Bölüm 7).
Rejenere selülozik liflere genel olarak rayon adı verilmektedir.
Rayon üretim yollarından birisi olan viskos yöntemi 1910' da, bir
diğeri olan bakır :amonyum yöntemi 1919' da, .asetatua
sabunlaştırılması yöntemi ise 1924' de uygulanmaya başlamıştır.
Yapay polimerlerden yararlarıılarak üretilen insan-yapısı ilk
lif ise, 1938' de üretimine başlanan naylon, 6-6 dır. Naylon 6-6,
Carothera'in makromoleküller üzerine 1928' lerde ba şlatdığı
araştırmaların bir sonucu olarak sentezlenmigtir. Poliamit yapısında
olan naylon 6-6 nın sentezinden sonra diğer poliamit yapısındaki
liflerin de naylon olarak adlandırılması süregelmiştir ( naylon 6.10,
naylon 6, naylon 6-T gibi). Polimer kimyasında bu yıllardan sonra
gözlenen hızlı gelişmelere bağlı olarak 1939' da naylon 6, 1940' da
,
Saran [poli(vinil klörür)], 1941' de Terylene (poliester), 1950' lerde
akrilik liflerin (poliakrilonitril) üretimi başlamıştır.
M. Saçak
Chardonnet'in 1889 yılmda yapay ipeği sentezlemesinden
sonra, 1910 yalmda da rayon üretiminde viskos yönteminin
kullanılmaya başlanması, yarı-yapay lifler için önemli bir adım
olmuş ve hızla bu endüstri dalı gelişmiştir. Rayonlar 1930' lara
kadar insan-yapısı lif olarak üstünlüklerini korumuşlardır. Bu
yıllardan sonra naylon 6.6, naylon 6 gibi yapay fillerin üretimi ile
yerlerini bu liflere bırakmaya başlamışlardır. Yapay lifler için 1950'
lerden sonraki yıllar gelişim yılları olmuştur.
Günümüzde yarı-yapay ve yapay lif türleri çeşitli firmalar
tarafmdan üretilmekte ve değişik ticari isimler altmda satilmaktadır
(Çizelge 1.2). Örneğin ABD' de üretilen Daeron ve Ingiltere' de
üretilen Terylene, temelde aynı kimyasal yapıya sahip olan poliester
lillerdir. Benzer şekilde Orion ve Arikin poliakrilonitrilden elde
edilir. Çizelge de verilen ticari isimler birkaç örnektir ve daha
pek çok sayıda, değişik ticari isimler altında üretilen lifler vardır.
LİF TANİM
Lifier en genel anlamda esnek, makroskopik olarak homojen
yapıda, uzunluk/çap oranı çok büyük olan küçük kesitli materyaller
olarak tanımlaııır. Bir maddenin lif olarak kabul edilebilmesi için
uzunluk/çap oranının en az 100 olması gerektiği varsayılır.
Uzunluk/çap oranı için verilen bu sayı kesin bir değer olamamakla
birlikte bir maddenin lif olarak kabul edilebilmesi için uzunluğunun
çap (keait) değerine göre çok büyük olması gerektiğini vurgulamak
açısından önemlidir. Bu nedenle lif tanımı daha çok geometrik
ağırlıklı bir tanımclır. insan-yapısı liflerde uzınalukikap oranı
istenildiği gibi ayarlanabilir. Doğal lifler olan yün ve pamukta
uzunluk,,/çap oranı 1000.3000 arası değerler alır.
insan-yapısı lif üretiminde öncelikle lif haline getirilecek olan
polimerin eriyiği ya da uygun bir çöziiciide hazırlanmış çözeltisi
düze denilen kalıplardan geçirilerek polimer telleri haline getirilir.
Düze, çok sayıda küçük delik içeren genelde metalden yapılmış bir
kalıptır (Şekil 1.1). Düze deliklerinin şekli, büyüklüğü ve sayısı
amaca göre farklılıklar gösterir. Düzelerle ilgili daha geniş bilgi
Bölüm 3 1 ve Bölüm 5.1' de ayrıca verilmiştir.
M. Saçak (cid:9) 4
1.01:riş
Çizelge 1.2 Bazı Marin ticari isimleri ve yapısı
(cid:9) (cid:9) (cid:9)
ticari üretici ticari üretici.
(cid:9) (cid:9) (cid:9) (cid:9) (cid:9)
isim yapı ülke isim yapı ülke
(cid:9)
Fortrel poliester ABD Bri-naylon naylon 6-6 ABD
(cid:9)
Kodel (cid:9) poliester ABD NRC naylon naylon 6 Japonya
(cid:9)
Trevira poliester ABD Rilsan naylon 11 İtalya
(cid:9)
Vyeron poliester ABD Nylfrance naylon 6-6 Fransa
(cid:9)
Terylene poliester İngiltere Zehla perlon naylon Alinanya
(cid:9)
Teteron poliester Japonya Turlon poliamit Türkiye
(cid:9)
Bursa (cid:9) poliester Türkiye Avni]. viskos ABD
(cid:9)
Adana poliester Türkiye Flox(cid:9) viskos Almanya
Acrilan poliakrilonitril ABD Wynene 6 polistire n ›, ABD
Orlon (cid:9) poliakrilonitril ABD Lanital kazein Belçika
Zefran poliakrilonitril ABD Tional kazein Almanya
Beslon polis ilöniWil Japonya Numa poliüretan ABD
(cid:9)
Verel (cid:9) modakrilik ABD 'berrix cam Almanya
(cid:9)
Dynel modakrilik ABD Glaswolle cam Almanya
(cid:9)
X-51 (cid:9) modakrilik ABD Lame metelik ABD
(cid:9)
SEUliV (cid:9) 40/60 Rusya Arnel sefil-1oz ABD
/poli(viniliden triasetat
Estron selüloz asetat ABD Avisco PE polietnen ABD
Atlon (cid:9) selüloz asetat Japonya Hsien-Chin polietilen Tayvan
(cid:9)
Nomex aromatik ABD Toyoflon 'Polgtetrailo Japonya
poliamit 1-6 ablan
Saran (cid:9) poli(viniliden ABD Teflon poli(tetraflo ABD
klörür ro etilen
Ftorlon poliproPilen Rusya Refrasil silika İngiltere
Vinylon poli(viiül (cid:9) Japonya Pe Ce Almanya
alkol) klorür)
Hostalen polipropilen Almanya
(cid:9)
M. Saçak 5