Plastikler
Plastikler, genellikle ısı ve basınç uygulanarak, kalıba dökme, haddeleme gibi yöntemlerle biçimlendirilen yapay maddelerdir. Çok çeşitli amaçlarla kullanılabilen plastikler kimyasal olarak, polimer denen, zincire benzer çok uzun moleküllerden oluşur. Bu polimerler de monomer denen çok sayıda küçük molekülün uç uca bağlanmasıyla oluşmuştur.
Plastiklerin öyküsü, Alexander Parkes’ın (1813-90) yeni keşfettiği selüloz nitratı 1862 Londra Sergisi’nde tanıtmasıyla başladı. Parkes, “parkesin” adını verdiği bu maddenin patentini 1855’te almıştı. Daha sonra “selüloit” adı verilen bu yeni maddeyi ABD’li John Wesley Hyatt geliştirdi. Selüloit dayanıklı ve uzun ömürlü, ama çok yanıcı bir maddeydi. İlk kuru fotoğraf filminin yapımında kullanılan selüloit, tarak, bıçak sapı, yapay takı ve hatta giysilerde yaka yapmak için de kullanıldı
ve yıllarca tek plastik türü olarak kaldı.
19. yüzyılın sonlarında selüloite oldukça benzeyen, ama ondan farklı olarak yanma özelliği bulunmayan selüloz asetat ve kolayca boyanabilen kazein plastikleri ortaya çıktı. Bütün bu plastik maddeler doğal hammaddelerden yapılıyordu; selüloz plastikleri için linter pamuğu ya da odun hamuru, kazein plastikleri için de süt proteini kullanılıyordu. Selüloitten ve kazein plastiklerinden, günümüzde de masatenisi topu ve düğme yapılır. Diş fırçası sapı ve gözlük çerçevesi gibi kalıplanarak biçimlendirilen maddeler ve saydam ambalaj kâğıdı yapılan selüloz asetat ise daha geniş bir alanda kullanılır. Dokumacılıkta kullanılan selüloz asetat lifleri reyon adıyla bilinir.
Günümüzde Plastikler
Günümüzdeki plastik sanayisinin temellerini 1907’de Leo Baekeland (1863-1944) atmıştır. ABD’de çalışan bir Belçikalı olan Baekeland, yapay bir gomalak ya da reçine elde etmeye uğraşıyordu. Sonunda kimyasal maddeleri birbirine karıştırarak, tümüyle yapay ilk reçine olan fenol-formaldehit'i üretti ve bu maddeye “bakalit” adını verdi. Yepyeni bir yalıtım maddesi olan fenoplastlar hızla gelişmekte olan elektrik ve radyo sanayisinde bir devrime yol açtı. 1926’da, fenoplastlardan farklı olarak, renklendirilebilme özelliği olan üre-formaldehit, 1935’te de melamin-formaldehit üretimine başlandı. Dayanıklı ve dekoratif bir yüzey kaplama gereci olarak kullanılan melamin-formaldehit, formika gibi ticari adlarla tanınır.
Önemli bir hammaddesi amonyak olduğu için üre-formaldehit ve melamin-formaldehit, aminoplastlar adıyla bilinir. 1950’lere gelene kadar sanayi ürünü öbür organik kimyasal maddelerin pek çoğu gibi, fenoplastlar ve aminoplastlar da bir yan ürün olarak kömürden elde edilirdi.
1920’lerde uzun polimer zincirlerinden yeni plastik maddeler yapılabileceğini ortaya koyan araştırmalar yapıldı. 1930’larda bilim adamları bugünkü dev plastik sanayisinin temelini oluşturan üç madde ürettiler. Bu maddeler polietilen (ya da politen), polivinil klorür (PVC) ve polistiren' di. Kimyacılar hem PVC’yi hem de polistireni 19. yüzyılda laboratuvar deneyleri sırasında keşfetmişlerdi; ama bunların nasıl kullanılacağını bilmiyorlardı. 1933’te İngiltere’de yapılan araştırmalarda keşfedilen polietilen ise en basit ve kolay anlaşılır polimer zincir yapısına sahiptir.
Bu üç plastik ısılyumuşar (termoplastik) plastiklerdir. Bu plastikler ısıtılınca erimeden yumuşar, kolayca biçimlendirilebilir ve soğutuldukları zaman biçimlerini koruyarak sertleşir. Isılyumuşar plastikler bu özellikleriyle öbür temel plastik grubu olan ısılsertleşir (termoset) plastiklerden ayrılır. Isılsertleşir plastiklere ısı ve basınç uygulandığı zaman kimyasal bir tepkime gerçekleşir; yan yana olan polimer zincirleri birbirine çapraz biçimde bağlanarak, yeniden biçimlendirilmesi olanaksız, katı bir ağ oluşturur. Fenoplastlar, aminoplastlar ve başka birçok plastik bu türdendir. Ama ısılyumuşar plastiklerin kullanım alanları çok daha geniştir.
En önemli üç ısılyumuşar plastik olan polietilen, PVC ve polistiren günümüzde çok büyük miktarlarda üretilir ve toplam plastik üretiminin büyük bölümünü oluşturur. Böylesine çok üretilen başka tek plastik türü, 1954’te İtalya’da keşfedilen ve kimyasal yapısı polietilene yakın olan polipropilen'dir. Özel amaçlar için kullanılan ve küçük miktarlarda üretilen birçok başka plastik türü de vardır.
Petrokimya Ürünleri
1930’ların sonlarına gelindiğinde, günümüzde kullanılan önemli plastiklerin pek çoğu keşfedilmişti ve tam anlamıyla geliştirilmemiş olsa da temel kimyasal yapıları anlaşılmıştı. Ama plastik devriminin gerçekleşmesi için bir başka şey daha gerekliydi. Bu da petrokimya sanayisinin kurulmasıydı. Petrokimya ürünleri, ham petrolün işlenmesi sırasında yan ürün olarak elde edilen organik bileşiklerdir. Petrokimya sanayisinin kurulmasıyla, kömürden ve bir ölçüde de melas gibi bitkisel hammaddelerin mayalanmasından elde edilen monomerler yerine, ham petrolden elde edilen monomerler kullanılmaya başladı. Böylece plastiklerin daha büyük miktarlarda ve ucuza üretilebilmeleri sağlandı. Bu da, metal ve odun gibi geleneksel malzemeler karşısında plastiklerin ek bir üstünlük kazanmasına yol açtı.
Günümüzde, dünya petrol rezervlerinin hızla tükenmekte olduğunu biliyoruz ve gelecekte bugünkü gibi ucuz ve bol petrokimya ürünleri bulunmayacağını görebiliyoruz. Bu nedenle petrolün en iyi biçimde nasıl kullanılabileceği artık daha çok araştırılıyor. Yaşamımızın önemli bir parçası haline gelen plastikler ve öbür kimyasal maddelerin üretimi için ileride de petrole gereksinim duyulacağı hemen hemen kesindir. Ham petrol kıtlaştıkça ve bu nedenle de pahalılaştıkça eski üretim yöntemleri yeniden gündeme gelebilir. Ham petrolden elde edilen bütün plastikler, kuramsal olarak, kömürden de elde edilebilir. Kimyasal maddelerin üretimi için, başta kömür olmak üzere, daha önceki temel hammaddelere bir geri dönüş de beklenebilir.
Plastiklerin İşlenmesi
Büyük kimya sanayisi şirketlerinin ürettiği temel polimerlere bazen sentetik reçineler de denir. Ama bu reçinelerin işlenerek yararlı ürünler haline getirilebilmeleri için, genellikle onlara birçok başka maddenin katılması gerekir. Bu katkı maddeleri plastiklerin özelliklerini belli yönlerden geliştirmeye yarayan, testere talaşı, mineral tozu ya da dokuma gibi basit dolgu maddeleri olabilir. Ama katkı maddelerinin pek çoğu, genellikle karmaşık yapılı kimyasal bileşiklerdir. Sabitleştirici, pas önleyici, plastikleştirici, yağlayıcı, katalizör ve pigment olarak kullanılan katkı maddeleri vardır. Bütün bu maddeler, polimerin işlenmesi sırasındaki özelliklerini ve elde edilen son ürünün niteliklerini çeşitli yönlerden geliştirmeye yarar.
Isılsertleşir plastikler ve ısılyumuşar plastikler ısıtıldıkları zaman tümüyle farklı davrandıkları için bunlardan yapılan ürünler de farklı yöntemlerle üretilir. Isılsertleşir plastikler sıkıştırma döküm yöntemiyle biçimlendirilir. Bu yöntemde, iki parçası iç içe geçen bir çelik kalıbın alt parçasının içine belirli bir miktar toz plastik konulur. Dökümü yapılacak plastik parçanın biçimine göre yapılmış olan üst parça kalıbın alt parçasının üzerine indirilerek, kalıbın içindeki ısıtılmış toz plastiğin üzerine büyük bir basınç uygulanır. Isı ve basınç altında bir kimyasal tepkime gerçekleşir ve kalıptaki plastik sertleşir. Dekoratif yüzey kaplama malzemesi olarak kullanılan levhaların üretiminde de buna benzer bir yöntem izlenir. Ama bu yöntemde önce, sıvı reçine kâğıt ya da kumaş katmanlarına emdirilir. Sonra bunları çelik levhalar arasına yerleştirip ısı ve basınç uygulanınca katı bir levha oluşur.
Isılyumuşar plastikler ısıtılarak yumuşatılabildiği için ısılsertleşir plastiklere göre çok daha fazla yolla işlenebilir. Bunların işlenmesinde uygulanan temel yöntem, püskürtme döküm yöntemidir. Bunun için, ısılyumuşar plastik ısıtılarak akışkan duruma getirilir ve sonra basınç altında, kapalı bir kalıba püskürtülür; soğuyarak sertleşen plastik kalıbın şeklini alır ve kalıp açılarak döküm çıkarılır.
Üfleme döküm yöntemi ısılyumuşar plastiklerden şişe gibi içi boş gereçler yapmak için kullanılır. Isıtılarak yumuşatılan plastik, kalıbın içine verilen basınçlı havanın etkisiyle kalıbın çeperlerine yayılır ve soğuyup katılaşınca bu biçimini korur. Ekstrüzyon yönteminde ise, ısıtılarak yumuşatılan plastik basınç altında bir delikten geçirilir. Sıkılan tüpten diş macununun çıkışı gibi, delikten dışarı çıkan plastik içinden geçtiği deliğin biçimini alır ve soğuyarak sertleşir. Eğer plastiğin içinden geçtiği delik dar bir yarık biçimindeyse zar gibi ince bir plastik levha elde edilir. Bu yöntemle, deliğin biçimine bağlı olarak değişik biçimlerde plastik çubuk, boru ve benzeri ürünler elde edilir. Kullanılan plastiğin türüne bağlı olarak da esnek olmayan, sert ürünlerin yanı sıra, bükülebilir yapıda, esnek ürünler de üretilebilir.
Ekstrüzyon yöntemiyle üretilen ısılyumuşar levhalar daha sonra ısıyla biçimlendirme yöntemleriyle de işlenebilir. Bu yöntemlerden en çok uygulananı vakumla biçimlendirmedir. Bu yöntemde, ısıtılmış levha içi oyuk bir kalıba emilir. Isılyumuşar levhalar bir gaz alevinden yararlanılarak birbirine kaynatılabileceği gibi, uçlarına yapıştırıcı sürülerek de birleştirilebilir.
Olağanüstü çeşitlilikte kullanım alanı olan PVC’yi işlemek için özel yöntemler uygulanır. Esnek bir zar biçimindeki PVC, kalenderleme yöntemiyle elde edilebilir. Bu yöntemde, PVC en az üç sıcak baskı silindirinden oluşan, “kalender” adlı bir makineden geçirilir. Yüzeylerinde oyma işlemeler bulunan silindirler kullanılarak, kabartma desenli ve baskılı plastikler yapılabilir. Üzerine macun halindeki PVC yayılarak, plastik kaplı dokuma ve metal yüzeyler elde edilebilir. Isıtılmış metal eşya, macun ya da toz halindeki PVC’ye ya da başka bazı ısılyumuşar plastiklere daldırılarak plastikle kaplanabilir. Başka bazı plastikler de krom, altın gibi metallerle kaplanabilir.
Plastikler çoğu kez metal ve odun gibi geleneksel malzemelerin işlendiği yöntemlerle işlenir; onlar gibi makinelerle biçimlendirilir, kesilir, delinir ve tutkalla yapıştırılır.
Genleştirilmiş ve Güçlendirilmiş Plastikler
Birçok plastik türü katı halde üretilebildiği gibi köpük yapısında da üretilebilir. Köpük yapısında üretilmiş olan bu plastiklere genleştirilmiş plastik ya da plastik köpüğü denir. Plastik köpüğü, genellikle ısılyumuşar plastiklerin, ısıtıldığı zaman gaz çıkaran bir kimyasal maddeyle karıştırılıp ısıtılmasıyla üretilir. Poliüretanlar gibi son derece önemli ısılsertleşir plastik köpükler de vardır.
Güçlendirilmiş plastiklerde, plastiğin sağlamlığını artıran ve onu “kompoze” bir maddeye dönüştüren dolgu maddesi çok önemlidir. Bu amaçla kullanılan başlıca katkı maddeleri cam ve bir ölçüde de asbest liflerdir. Reçineler, genellikle polyester ve epoksi türü ısılsertleşir plastiklerdir. Reçineler bir life emdirilerek kimyasal katalizörlerle işleme sokulursa, son derece güçlü ve pekişik bir madde oluşur. Karbon lifleri pahalı olmakla birlikte, uçaklarda olduğu gibi hafifliğin ve dayanıklılığın son derece önemli olduğu yerlerde güçlendirici katkı maddesi olarak kullanılır.
Bazı güçlendirilmiş plastik türleri sıkıştırma döküm yöntemiyle büyük miktarlarda üretilir; ama pek çoğu az miktarda ve elde yapılır. Örneğin bu tür güçlendirilmiş plastikten yapılan gemi tekneleri ve otomobil kaportaları tek tek yapılır.
Plastiklerin Kullanım Alanları
Önceleri plastiklerin başlıca kullanım alanı evlerdi; evde çevremize bir göz atınca günümüzde plastiklerin ne kadar yaygın olarak kullanıldığını hemen görürüz. Banyoda ve mutfakta kullandığımız bir çok plastik eşyanın yanı sıra, elektrikli süpürgeden buzdolabına, telefondan televizyona kadar birçok elektrikli ev aletinde plastik parçalar bulunur. Ayrıca her türlü ambalajlama işinde çok büyük miktarlarda plastik kullanılır.
Plastiklerin sanayideki kullanım alanları bu kadar açıkça görülmemekle birlikte, en az bunlar kadar önemlidir. Hemen hemen her tür sanayi ürününün şu ya da bu parçası plastikten yapılır. Günümüzde hiçbir sanayi dalı plastik kullanmadan çalışamaz. Makine sanayisinde kullanılan plastikler az miktarda üretilen özel plastiklerdir. Bunların üstün özellikleri mühendislik tasarımlarında önemli bir rol oynamalarını sağlar. Örneğin motorlu taşıtların elektrikli parçaları ve kablo donanımları, mekanik parçaları, döşemeleri, iç doğramaları, denetim panoları ve başka birçok parçasının yapımında plastikler kullanılır. Tıpta, cerrahide ve dişçilikte de plastikler gittikçe artan miktarlarda kullanılmaktadır.
Toplam plastik üretiminin yaklaşık üçte birini kullanan ambalaj sanayisi plastik tüketiminde ilk sırayı alır. Onu, toplam üretimin dörtte birini kullanan inşaat sanayisi izler. Yapılarda kullanılan taban döşeme, duvar kaplama, ara bölme, elektrik yalıtım ve ısı yalıtım malzemelerinin, kapı tokmağı, pencere çerçevesi, oluk ve pis su borularının çoğu plastiktendir.
Plastiklerin Sakıncaları
Çok dayanıklı olmalarına karşın, plastikler zamanla özelliklerini yitirebilir. Örneğin, polietilen gibi birçok plastik türü zamanla esnekliğini yitirir, kırılgan hale gelir; PVC gibi birçok plastik türü zamanla rengini yitirir. Günümüzde plastiklerin üretimi ucuz olduğu için kullanılmış plastikler işlenip yeniden kullanılmaz. Deterjan, içme suyu ya da meyve suyu şişeleri gibi birçok plastik eşya bir kez kullanılıp atılır. Ama doğadaki mikroorganizmalar plastikleri kolayca parçalayamadığı için, birikip kalan bu atıklar uzun dönemli bir çevre kirliliğine yol açar.
