1.
Polimerlerin Kimyasal Analizi
Polimerlerin kimyasal analizleri temelde, küçük molekül
ağırlıklı organik bileşiklerden önemli farklılıklar göstermez. Ancak polimerik
madde tek bir molekül olmayıp, uzun zincirlerin bir karışımı olduğundan, analiz
yöntemlerinde çözünürlük veya reaksiyona uygun ortamların hazırlanması gibi
bazı modifikasyonlara gereksinim vardır. Polimerlerin analiz ve tanımlanması
konularında çok sayıda yayın bulunmaktadır.
Tablo-1: Polimerlerin
Analiz Yöntemleri
Analiz veya Test Tipi
|
Analiz Yöntemi
|
1.
Kimyasal Analizler
|
Kütle
Spektrometresi (MS)
|
Gaz
Kromatografisi (GC)
|
|
2.
Spektroskopik Yöntemler
|
İnfrared
Spektroskopisi (IR)
|
Nükleer
Magnetik Rezonans Spektroskopisi (NMR)
|
|
Elektron
Paramagnetik Rezonans Spektroskopisi (EPR)
|
|
3.
X – Işını Difraksiyonu
|
X –
Işını Difraksiyonu Analizleri
|
4.
Mikroskopi
|
Işık
Mikroskobu
|
Elektron
Mikroskobu
|
|
Taramalı
Elektron Mikroskobu
|
|
5.
Termal Analizler
|
Diferensiyal
Scanning Kalorimetre (DSC)
|
Diferensiyal
Termal Analizler (DTA)
|
|
Termomekanik
Analizler (TM)
|
|
6.
Fiziksel Testler
|
Mekanik
Özellikler
|
Isıl
(Termal) Özellikler
|
|
Optik
Özellikler
|
|
Elektriksel
Özellikler
|
|
Reolojik
Özellikler (Bölüm 2.6)
|
Kütle Spektrometresi (MS)
Kütle spektrometresinin polimerik sistemlere uygulanmasında,
polimer önce küçük-molekül ağırlıklı parçalara ayrılarak sıvı-hava sıcaklığında
yoğunlaştırılır. Sonra tekrar buharlaştırılan bu parçalar iyonlaştırılarak
elektrik ve magnetik alanların etkisiyle kütle ve yüküne göre ayrılır. çeşitli
iyonik taneciklerin saptanan konumlarından düşük-molekül-ağırlıklı taneciklerin
yapıları bulunur.
Gaz Kromatografisi (GC)
Gaz kromatografisi, gaz halindeki veya buharlaşan
bileşenlerin, hareketli bir gaz fazı ile sabit bir sıvı faz veya katı adsorbent
(tutucu) arasında dağılmasına dayanan bir ayırma yöntemidir. Peşpeşe ilerleyen
adsorbsiyon (tutulma) veya elusyon (bırakılma) kademeleriyle, herbir bileşen
kendine özgü bir hıza sahip olduğundan, karışımdaki maddeler birbirinden
ayrılırlar. Bileşenler kromatografik kolondan çıkarken tanımlanırlar. Gaz
akımındaki madde konsantrasyonu ile orantılı olarak oluşan detektör
sinyalinden, maddenin yapısı ve miktarı hakkında bilgi edinilir.
2.
Spektroskopik Yöntemler
İnfrared Spektroskopisi (IR)
Moleküller, iki farklı iç enerji kuvantum hali arasında
geçişe uğrarsa emisyon veya absorbsiyon spektrumları oluşur. Haller arasındaki
enerji farkı DE, emitlenen veya
absorblanan ışının frekansı ile bağıntılıdır, DE=hn, n=1-50
mikron (m) dalga boyundaki infrared
frekanslar, moleküler titreşim ve titreşim-dönme spektrumları verirler.
N Atom içeren bir molekülün, tüm molekülünün, dönme ve
çevirme hareketlerini de içine alan 3N tane normal titreşim şekli bulunur.
Birkaç atomlu ve yüksek simetrik yapılı moleküller için infrared ve raman
spektrum birbiriyle bağıntılı olarak incelenebilir; fakat çok düşük molekül
ağırlıklı bileşikler için bile N çok büyüktür ve bu tip bir analiz zordur. Yine
de yararlı bazı bilgiler edinilebilir; bazı titreşim şekilleri, küçük atom
gruplarının lokalize hareketlerini gösterir ve bu grupların karakteristik
frekanslarında absorbsiyon bantları verirler.
Polimerlerin infrared spektrumları oldukça basittir. Basitliğin
iki nedeni vardır: birincisi polimerik maddenin aynı tekrar biriminin yüzlerce,
binlerce kez yinelenmesiyle oluşan uzun zincirlerden meydana gelmesidir. Bu
durumda bir tekrar biriminin normal titreşimleri, tüm polimerdeki
birimlerinkiyle aynı frekanslardadır. İkinci neden ise, pekçok titreşimin seçim
kuralları ile engellenerek absorbsiyonu gerçekleştirememesidir.
Deneysel Yöntemler: Polimerik maddelerin infrared
spektroskopisi ile incelenmesinde karşılaşılan en önemli sorun, infrared
bölgede çok yoğun absorbsiyon yapmasıdır; bu durum çok ince polimer örnekleri
hazırlanmasını zorunlu kılar. Örnek hazırlamada uygulanan en yaygın yöntemler;
sıkıştırma ile kalıplama, IR bölgede şiddetli absorbsiyon yapmayan bir çözücüde
(CCl4, CS2, gibi) çözme, mikrotom veya öğütme ile ince
bir film hazırlama, çözeltiden ince bir film dökme, çok ince öğütülmüş örneği
KBr ile karıştırarak bir disk hazırlamadır.
Tipik Spektrumlarda Kimyasal Grupların Saptanması:
Şekil-1'de, polimerik maddelerin spektrumlarında görülebilecek bazı kimyasal
bağlar veya grupların dalga boyu aralıkları görülmektedir. Örneğin, polietilen
spektrumundaki C-H gerilme bandı 3.4 mikronda, CH2 ve CH3
gruplarının C-H bükülme bandı 6.8 mikronda ve aralarında dizilen metilen
gruplarının CH2 sallanma bandı 13.9 mikronda görülür. Şekildeki
diğer ilginç bantlardan 6.1 mikrondaki C=C bandı doğal kauçuk, 5.8 mikrondaki
karbonil bandı eter, 8.9 mikrondaki eter bandı poli(metil metakrilat)
spektrumlarında görülür. Polistirenin IR spektrumunda aromatik yapıyı gösteren
6.2, 6.7, 13.3 ve 14.4 mikron bantları bulunurken, poli(vinil klorür) de 14.5
mikronda C-Cl bandı karakteristiktir. Naylon için 3.0, 6.1 ve 6.5 mikronda
peptit grupları bantları, politetrafluoroetilen için de 8.2-8.3 mikronda CF2
bandı bulunur.
Şekil-1: Polimerlerde karşılaşılan infrared absorbsiyon bantları ve dalga boyları
İlişkili Yöntemler: çoğunlukla 2-15 m dalga boyu aralığında elde edilen infrared
absorbsiyon spektrasının, diğer bazı gözlemlerle de tamamlanması önerilir. Bu
konuda "uzak infrared" bölgede (< 200 m) yapılan gözlemler önemlidir. çeşitli deneysel zorluklara
karşın, bu bölgedeki çalışmalardan değerli bilgiler edinilebilir.
Politetrafluoroetilen gibi bazı polimerlerin absorbsiyon bantlarının çoğu 15 m 'nun üzerindeki dalga boylarında çıkar.
"Fourier-dönüşümlü" infrared spektroskopi
yönteminin polimerlere uygulanmasıyla daha hassas ve sağlıklı analizler
yapılabilmektedir. Bir titreşimin infrared absorbsiyona ve "Raman
saçılması"na yol açması farklı olaylara dayandığından, Raman çalışmaları
çoğu kez infrared çalışmaları tamamlayıcı olarak kullanılır. Bu yöntemde benzer
ışık kaynaklarının kullanılmasıyla deneysel zorluklar kısmen azaltılır.
Dikroism: İnfrared absorbsiyon dipol momentteki
değişmeye bağlıdır. Böyle bir değişiklik bir vektöryel miktarıdır, yani, bazı
gruplar için belirli yönlerde sınırlanmıştır. Yöneltilmiş örneklerde düzlem
polarize ışının absorblanma miktarı, bu ışının yönü değiştirildiğinde önemli
derecede değişir. Bu nedenle, poliamidlerdeki C=O ve N-H gruplarının gerilme
titreşimleri, zincir eksenine tam dik olan dipol momentteki değişikliğin
sonucudur.
Kristalin ve amorf bölgeler için ayrı absorbsiyonlar
bulunduğunda, bu bantların dikroismi, bu iki bölgenin örnekteki yönelmeleri
hakkında bilgi verir.
İnfrared absorbsiyona neden olan herhangi bir moleküler
titreşim için, elektriksel dipol momentte periyodik bir değişme vardır. Bu
değişmenin yönü, infrared ışınının elektrik vektörü bileşenine paralelse
absorbsiyon meydana gelir; aksi halde absorbsiyon olmaz. Yönlendirilmiş kütle
polimerlerde dipol-moment değişikliği belirli yönlere doğrudur
(sınırlanmıştır). Bu durumda polarize infrared ışın kullanılarak ve
polarizasyon düzleminin konumuna bağlı olarak absorbsiyon elde edilir. Bu olaya
"dikroism" denir ve "dikroik oran" olarak ölçülür.
Dikroik oran, bir absorbsiyon bandının paralel ve dik
polarize ışın ile peşpeşe ölçülen optik yoğunluklarının, örnekteki
sınırlandırılmış yöne oranıdır. Dikroik oranlar yöneltme derecesine ve
örnekteki seçilmiş yön ile geçiş momentinin yönü arasıdaki açıya bağlıdır.
Kristallik: Aynı polimerin kristal ve amorf haldeki
infrared absorbsiyon spektrumları en az iki nedenle birbirinden farklılık
gösterir. Birincisi, kristalin polimerde bulunabilecek özel molekül arası etkileşimlerin
bazı bantları kuvvetlendirmesi veya bölmesidir. ikinci neden, fazlardan birinde
bazı özel konformasyonların, fazın kristal veya amorf olduğunu gösteren
karakteristik bantlar oluşturmasıdır.
Örneğin, poli(etilen tereftalat)ta herbir tekrar biriminin
–OCH2CH2O- kısmı, kristal halde tümüyle trans
konformasyonda bulunur, fakat erimiş haldeyken kısmen gauche şeklindedir. Her
iki konformasyonu da tanımlayan özel bantlar vardır. Naylon-66 gibi bazı
örneklerde, IR verilerinden kristallik yüzdesi doğru olarak saptanabilir.
Geometrik İzomerlik: Polimer zincirlerindeki
doymamışlık yoluyla çeşitli geometrik izomerliğin tayin edilebilmesi çok
önemlidir. Tablo-2'de olefinik gruplardan oluşan bazı önemli infrared
absorbsiyon bantları verilmiştir. cis ve trans konfigürasyonları birbirinden
ayırmanın çok zor olmasına rağmen, yapay kauçuk cis-1,4-poliizoprende çok az
miktarlardaki 1,2 ve 3,4 katılma kolaylıkla saptanır. Bu analiz için nükleer
magnetik rezonans spektroskopisi de uygun bir yöntemdir.
Tablo-2: Olefinik
Grupların Absorbsiyon Dalga Boyları
C = C’li gruplar
|
Dalga boyu, mikron (m)
|
Vinil, R1 – CH = CH2
|
10.1
ve 11
|
Trans-R1 – CH = CH – R2
|
10.4
|
Viniliden, R1 R2
C = CH2
|
11.3
|
R1 R2 C =
CH – R3
|
12.0
|
Cis-R1 – CH = CH2
|
14.2
(değişebilir)
|
Nükleer Magnetik Rezonans Spektroskopisi (NMR)
Nükleer magnetik rezonans spektroskopisi, 1960 yılından bu
yana, polimerlerdeki zincir konfigürasyonu, dizilme dağılımı ve mikroyapı
çalışmalarında kullanılan önemli bir yöntemdir.
Deneysel Yöntemler: NMR tekniğinde, atom numarası ve
kütle numarası çift sayılı olmayan çekirdeklerin oluşturdukları spinin
özelliklerinden yararlanılır (spin, açısal moment ve ona bağlı magnetik moment
olarak tarif edilir). Hidrojen ve 13C'ün izotopları, 15N,
17O ve 19F bu tip çekirdeklerdir. Bu çekirdekleri içeren
malzemelere kuvvetli bir magnetik alan uygulandığında enerji seviyesi ikiye
ayrılır: alana parelel ve antiparelel spinlerle gösterilen iki hal oluşur.
Haller arasındaki geçişler bir enerjinin absorblanmasına veya emitlenmesine yol
açar.
DE = hn0
= 2 m H0
Buradaki n0
frekansı, H0'ın 10000 gaus ve daha büyük olduğu hallerde, mikrodalga
bölgesindedir. m çekirdeğin magnetik
momentidir. H0 veya n0'ın
değişmesiyle oluşan enerji değişikliği, bir rezonans piki veya hattı şeklinde
gözlenir. Bir çekirdekler topluluğunda herhangi bir çekirdek üzerindeki alan,
diğerlerinin varlığı nedeniyle artar:
hn0 = 2 m (H0 + HL)
HL, 5-10 gaus gücünde lokal alandır. Lokal
alanlar çoğu kez bir dağılım halindedir; bu durumda rezonans hattı genişler. Bu
genişlemenin sıcaklığın fonksiyonu olarak incelenmesiyle, moleküler hareketin
başlamasında sıcaklığın etkisinin saptanmasına çalışılmıştır. Ancak sıvılarda
ve çözeltilerde olduğu gibi, çok fazla moleküler hareket olduğu halde oldukça
dar hatlar gözlenmiştir. Bu hatların frakans veya magnetik alan skalasındaki
konumları, lokal alanlara bağlıdır; bu alanlar, protonların yakınındaki atomik
grupların yapı ve yerleşimlerinin bir sonucudur. Rezonanaslardaki yer
değiştirmeye "kimyasal kaymalar" denir, ve d işaretli skalada frekans (veya eşdeğer alan kuvveti) olarak
ölçülür. d Skalasının sıfırı, bir
maddedeki eşdeğer protonların tek resonansının belirlediği ve minimum kimyasal
kaymayı gösteren bir referans noktadır. çekirdeğin komşularından kaynaklanan
kimyasal kaymaları gösteren çeşitli tablolar hazırlanmıştır.
Proton NMR'da, peşpeşe bulunan karbon atomlarının
frakansları birleşerek ilave karmaşıklık ve bilgi yaratır. Eşdeğer komşu
protonların sayısı n ise resonansları n+1 pike bölünür. Tanımlamayı
kolaylaştırmak için iki deneysel modifikasyon kullanılır. Birincisinde, süper
iletken magnetlerle 60000-220000 gauss aralığında yüksek bir magnetik alan
kuvveti uygulanır. Şekli-2'de görüldüğü gibi, yüksek alan kuvvetinde artan
resolusyon (ayırma gücü) spektranın doğru olarak tanımlanmasını sağlar.
Şekil-2: Bisfenol-A polikarbonatın deuteroklorofomdaki yüksek rezolusyon NMR spektrumları (frekansın rezolusyon üzerindeki etkisi)
İkinci gelişme, spin ayrılmasının çift rezonansıdır ve
spektrayı önemli derecede basitleştirir. Bunun için, birleşen ve katlanan çoklu
spektrumları uzaklaştırarak yerine basit lineer spektrum oluşturan bir radyo
frekansı alanı kullanılır (Şekil-3). Spektrumların, 2H NMR
kullanılmasıyla basitleşebileceği ileri sürülür; bu durumda, düşük frekansta
deuteron oluşumunu sağlayan proton-proton birleşmesi olmaz.
Şekil-3: Propilen oksitin karbon tetraklorür çözeltisindeki normal ve
çift rezonans NMR spektrumları. (Alttaki şekil birleşmeden oluşan ayrılmanın
yok edilmesiyle spektrumun nasıl basitleştiğini göstermiştir)
13C NMR'ın proton NMR'a göre büyük bir avantajı, 13C
(ve diğer çekirdeklerle) ile daha geniş bir kimyasal ayrılma aralığı
sağlanabilmesidir. (1H için 10 ppm e karşı 200 ppm kadar). Ayrıca, 13C
çekirdeğinin, 12C ye göre %1.1 gibi az miktarda bulunması halinde,
karbon-karbon spin birleşmesi olmaz. Son bir avantaj da karbon çekirdeklerinin
rezonanslarının kimyasal çevreye olduğu kadar konfigürasyonal çevreye karşı da
hassas olmalarıdır. Bu avantajlar, 13C çekirdeklerinin miktarının
azaltılması ve nükleer magnetik momentinin, protonunkinin dörtte-biri kadar bir
değere düşürülmesiyle kaybolur; her iki durumda da NMR sinyalinin şiddeti
azalır.
Bu düşük hassasiyet, pulslu Fourier-dönüşümlü NMR ile
giderilir. Bu cihazdaki yüksek-güçlü mikrosaniyeli radyofrakansı enerjisi, tüm
karbon çekirdeklerini aynı anda rezonansa sokar, frekans veya magnetik alan
taramasına gereksinim olmaz. İstenilen spekturumda Fourier dönüşümü olarak,
peşpeşe rezonansın zamana göre kaydı yapılır. Bir bilgisayar tekrarlanan
pulslardan alınan kayıtları birbiriyle toplar ve sinyal/gürültü oranı uygun bir
seviyeye ulaştığında, verileri istenilen spektrum şekline dönüştürür.
Hat genişlemesi teorisinin geliştirilmesiyle katı
polimerdeki moleküler hareketlerin incelenmesi de ilginçleşmiştir. Katı bir
örnekteki bir çift aynı çekirdeğin oluşturduğu lokal alanın, bir izotropik
bileşik [(çözeltide gözlenen kimyasal kaymanın temeli) + 3cos (q -1)] ile orantılı bir genişletici bileşik
ile verilebileceği saptanmıştır; q,
çekirdekleri birleştiren hat ile magnetik alanın yönü arasındaki açıdır. Katı
polimerin yapısı rasgele bir yapı ise, bu bileşik resonansı, toplam 13C
spektrumunun eninden daha fazla genişletir. Örnek yönlendirilir ve q = 54.70 lik eksen etrafında
bükülürse, 3cos (q -1) = 0 olacağından
("sihirli açı" denir), hat genişliği yeteri kadar azalarak karbon
rezonansları birbirinden ayrılır.
Stereokimyasal Konfigürasyon: NMR'ın polimerik
sistemlere uygulanması, daha çok polimer zincirlerin stereokimyasal
konfigürasyonlarını aydınlatmaya yöneliktir. İlk uygulama çalışmaları, 1960' lı
yıllarda poli(metil metakrilat)la yapılmıştır. Daha sonraları, meso veya
rasemik konfigürasyondaki peşpeşe dört çift birimin olası tüm
kombinasyonlarının statik varoluş sıklığı analiz edilebilmiştir.
Geometrik İzomerlik: Gerek proton ve gerekse 13C-NMR,
polimer zincirlerindeki karbon-karbon bağı etrafındaki izomerliği saptamada
kullanılan infrared spektroskopiyi tamamlayıcı yöntemlerdir.
Kopolimer Dizilişleri: Bir kopolimerdeki kısa monomer
dizilişinin analizi ilke olarak, stereokimyasal konfigürasyon analizinden
farklı değildir. NMR bu alanda da uygulanabilen bir spektroskopi yöntemidir.
Elektron Paramagnetik Rezonans Spektroskopisi (EPR)
Elektron paramagnetik rezonans ve NMR spektroskopi
tekniklerinde temel ilkeler benzer olmasına rağmen, farklı olaylar
saptandığından değişik bilgiler elde edilir. EPR spektroskopinin asıl kullanım
amacı serbest radikalleri tayin etmektir. Bu tanecikler içerdikleri
çiftleşmemiş elektrondan doğan özel magnetik momentleriyle tanımlanırlar.
Serbest radikalleri bulunan bir maddenin ölçülen bir magnetik özelliği
(magnetiklik derecesi gibi) serbest radikallerin konsantrasyonunu verir, fakat
bu yöntemin hassasiyeti düşüktür ve radikallerin yapısı hakkında bilgi vermez.
EPR spektroskopide ise bu gibi sınırlamalar yoktur.
Deneysel Yöntemler: NMR spektroskopide olduğu gibi,
serbest radikaller içeren bir madde üzerine kuvvetli bir magnetik alan
uygulandığında, radikallerin temel haldeki enerji seviyelerinin bozulması
durur. Düşük radikal konsantrasyonları için yeni enerji seviyeleri iki terimle
verilir:
E=hn0 = g b m0 H0
g alan yönü ve radikaldeki simetri yönleri ile ilgili bir
germe faktörü, b elektron spininin
magnetik momenti, m0 bir
vakumun magnetik geçirgenliğidir. İkinci terim, moleküldeki çekirdek spinleri
ile elektron spininin birleşmesini tanımlar. Bu birleşme resonans hattının, bir
grup simetrik hatlara ayrılması sonucunu verir; bunların konumları ve
genliklerinden, radikalin yapısına bağlı olduğundan, istenilen bilgiler elde
edilir.
Polimerlere Uygulama: Politetrafluoroetilenin yüksek
enerjili ışınla ışınlandırıldığında serbest radikallerin oluştuğunun
keşfedilmesiyle (1958-1960) EPR tekniğinin polimer radikallerine
uygulanabileceği anlaşıldı.
Işınlandırılan politetrafluoroetilenin EPR spektrumu, bir
C-F bağının kopması ve fluor atomunun uzaklaşmasıyla, polimerin içinde
hapsedilen -(CF2)X CF(CF2)Y- tipindeki
radikallerden meydana gelir. Spektrum, çiftleşmemiş elektron ve komşu 19F
çekirdekleri arasındaki birleşme nedeniyle ince bir yapı gösterir. İnce yapı
270 K'nin altında 19F çekirdeklerinin hareketi yavaşlayacağından
kaybolur. Yüksek sıcaklıklarda spektrum bozulmaz; bu durum, 550 K' e kadar
radikalin kararlı olduğunu gösterir. Birincil radikalin O2, NO gibi
maddelerle reaksiyona girmesiyle oluşan ikincil ürünler de incelenebilir. C–F
bağının kuvveti ve ışınlandırılan politetrafluoroetilenin çapraz bağlanma
yerine parçalanma eğiliminde olması, bu polimerde bir C–C kırılmasının bir C–F
bağından daha kolay olduğunu gösterir.
3. X-Işını
Difraksiyon (Kırılma) Analizi
X-Işını difraksiyon yöntemi elektromagnetik ışınla etkileşim
yoluyla atomlar veya moleküllerin dizilişlerini gösterir. Etkileşim sonucunda
maddenin yapısı ve ışının dalga boyu ile ilişkili girişimler gözlenir. Yapılar
düzgün bir dokuda ise girişim keskindir ve ışın saçılır veya kırılır; bu durum
sadece özel deney koşullarında gerçekleşir. Bu koşullar ise ışını saçan yapının
geometrisi hakkında gerekli bilgiyi verir. X-Işınının dalga boyları,
kristallerdeki atomlar arası mesafelerle kıyaslanabilir seviyededir; geniş
açılardaki saçılmalar atomların mekandaki dizilişlerini gösterir. Dar-açılı
saçılmalarda ise, lamelar kristallikler veya boşlukların varlığı nedeniyle,
daha geniş bir periyodiklik saptanır.
Fiberlerin çoğu da dahil olmak üzere pek çok polimer kısmen
kristalin bir yapıdadır. Bu durum X-Işını çalışmaları ile görülebilir.
Kristalin polimerin X-Işını şekilleri üç-boyutlu bölgelerin varlığını
tanımlayan keskinlikte ve aynı zamanda sıvılara benzer moleküler düzensizliği
gösteren yaygınlıktadır. Bu iki özellik kristalin polimerlerin çoğunda hem
yönlendirilmiş hem de yönlendirilmemiş bölgelerin bulunduğunu gösterir. Bu
özellik polimerlerin yoğunluklarında da gözlenebilir; yoğunluk tümüyle
kristalin ve amorf haller için bulunan değerlerin arasında bir değerdir.
Deneysel Yöntemler: X-Işınları, bir metal hedefin
yüksek-voltajlı elektronlarla bombardıman edilmesiyle üretilir. Bu işlem bir
vakum tüpü içinde yapılır; X-Işınları bir demet halinde, tüpteki bir berilyum
veya poliester film pencereden geçer. Hedef metalin cinsi ve uygulanan voltaj,
üretilen X-Işınlarının dalga boyunu (veya boylarını) belirler. Deneylerde daha
çok monokromatik X-Işınlarının kullanılması tercih edilir.
Kırılan X-Işınları ya fotoğraf levhaları veya filmleri
üzerindeki etkileri ile, veya bir bilgisayarı besleyen veriler üreten bir ışın
sayacı ve elektronik sistemlerle saptanır. Her yöntemin kendine özgü
avantajları vardır. Difraksiyon şekillerinin kalitatif incelenmesi, açılar ve
aralıkların doğru olarak ölçülmesi en iyi şekilde fotografik bir kayıttan
yapılır. Kırılan ışın demetinin şiddetinin hassas olarak saptanmasında sayım
tekniği uygulanır.
Belirli bir dalga boyundaki X-Işınları, örneğin sadece bazı
özel yönlendirilmiş hallerinde kırılır. Örnek tek bir kristal ise, deney
sırasında tüm olası yönlerde bulunabilecek şekilde yerleştirilmelidir; bu durum
örneği, X-Işını demetine göre uygun bir konuma getirmek amacıyla, eksenlerinden
biri etrafında döndürmekle sağlanır. Başka bir yöntem, örneğin toz haline
getirilerek çok küçük kristallere parçalanmasıdır; bu durumda ayni tip kristal
her yönde bulunacağından gelen X-Işınırlarına uygun konumlar bulunacaktır. Toz
yöntemi daha uygundur, ancak tek kristal metodundan daha az bilgi verir. çünkü
tek kristal, incelemenin yapıldığı anda bir kristal eksenine göre olan
yönlendirilmeyi de göstermektedir.
Polimerlere Uygulama: Hazırlanan polimer kristalleri
X-Işını difraksiyon deneyi için çok küçüktür. Bu nedenle, bir polimerin kristal
yapısının X-Işınları ile incelenmesinde polimerden çekilen bir fiber(lif)
kullanılır. Kristalin bölgelerin, fiber eksenine paralel olan moleküllerin uzun
eksenleri ile olan mesafesi nedeniyle elde edilen şekil, tek bir kristalden
alınan dönme şekli ile eşdeğerdir. Böyle bir şekilde fiber eksenine dik olarak
keskin difraksiyon hatları oluşur; bunlara "tabaka hatları" denir.
Zincir Konformasyonları: Bir polimerdeki tekrarlılık,
bir "tekrar birimi" ile tanımlanır; bunun kristalinin periyodikliği
de bir "tekrar aralığı" ile belirtilir. Tekrar aralığı, tabaka
hatları arasındaki uzaklığın ölçülmesiyle doğrudan bulunur: büyük tekrar
aralığı, tabaka hatlarını yakınlaştırır. Tekrar biriminin tayin edilmesi
oldukça zordur; klasik yöntemde kırılan X-Işını demetinin konumlarından, birim
hücrenin boyutlarının türevi ile bulunur. Sonra kırılan demetin relatif
şiddetlerinden birim hücredeki atomların konumları saptanır. Polimerlerin
difraksiyon şekilleri bu tip analizlerin yapılmasına yetecek bilgi vermez.
Bunun için normal bağ uzunlukları, bağ açıları ve zincir boyunca olan atomik
düzenlenme gibi, diğer kaynaklardan sağlanabilen ek bilgilere gereksinim
vardır.
Pek çok polimer konformasyonu, heliksler boyunca düzgün bir
yerleşim gösteren atomlarla tarif edilir. Heliks yapılardan elde edilen
difraksiyon şekillerinin analiziyle tekrar birimlerinin saptanmasında uygulanan
çeşitli teknikler geliştirilmiştir.
Zincir Paketleme: Zincirlerin paketlenmesi, "birim
hücre ve içeriği" olarak tarif edilir. Birim hücrenin hacmi ve dolayısıyla
kristaldeki tek bir tekrar biriminin kapladığı alan, tabaka hatları üzerindeki
tekrar mesafesi ve difraksiyon noktalarının konumlarından elde edilir. Bu hacim
kristallerin yoğunluğunu ölçer, bu ise kristallik derecesinin saptanmasında
kullanılır.
Birim hücredeki atomik düzenlenmenin tayini hücre
boyutlarının bulunmasından daha zordur. Bu boyutlar ve zincir konformasyonundan
bazı olası yapılar saptanarak, kristalografik tekniklerle hesaplanan ve
gözlenen difraksiyon şiddetleri incelenir.
Kristal Yapıdaki Düzensizlik: Kristal polimerlerde
atomların fevkalade geometrik diziler halinde bulunduğu kabul edilir. Yine de
tüm kristal maddelerde olduğu gibi bozukluklar ve düzensizlikler vardır. Bu
durum polimerlerin kristal yapılarında çok önemli bir rol oynar. Düzensizlik,
difraksiyon maksimalarında genişlemeye yol açtığından, X-Işını difraksiyon
verileri kristal yapıdaki düzensizlik hakkında önemli kalitatif bilgiler verir.
Farklı difraksiyon sınırları (maksimaları) özel düzensizliklere farklı
şekillerde hassas olduklarından, genişlemenin sistematik olarak incelenmesiyle
kristaldeki bozukluklarla ilgili bilgiler elde edilir.
Düzensizliğin kantitatif olarak saptanması zordur, çünkü
difraksiyon maksimasının genişlemesinin nedeni hem küçük kristalit
boyutlarından ve hem de büyük kristaller içindeki bozukluklardan dolayıdır.
Yönlendirme (Orientasyon): Polimerlerdeki kristalin
bölgeler yönlendirilmedikce (bir fiberin çekilmesi gibi) difraksiyon maksiması,
farklı yönelimlerdeki çok sayıdaki kristal maksimalarının birleşmesiyle oluşan
halkaların içinde kaybolur. Yönelim bu uçlar arasındaki bir yerde olursa,
halkalar arklara bölünür ve bu arkların şiddeti ve açısal yayılımının
ölçülmesiyle kristalin yönelim kantitatif olarak saptanır.
4. Mikroskop
Işık Mikroskobu
Yansımış-ışık mikroskobu, katı opak polimer dokularının
incelenmesinde oldukça yararlıdır. İnce filmler şeklinde hazırlanan örneklerde
(mikroskop levhası üzerine dökerek) geçen-ışık ile çalışma yapılabilir, fakat
bu durumda oldukça az bilgi alınır. çok kullanılan iki mikroskop tekniği
vardır.
Bunlardan biri polarize-ışık mikroskobudur; bunda, kristalin
maddelerin polarize ışık düzlemini çevirmesinden yararlanılır. Böylece
sperulitlerin (kürecikler) yapısı, örneğin çapraz polarizörler arasına
konulmasıyla saptanabilir.
Sıcak-bölgeli polarizasyon mikroskobu ile elde edilen
kristalin erime noktası, kristalliğin son izlerinin de kaybolduğu sıcaklık
olarak belirtilir. İkinci bir önemli teknik faz-zıtlığı mikroskobudur. Bununla,
normal mikroskoptaki ışık absorbsiyonu yerine, maddenin yapısal durumunun
refraktif indekste oluşturduğu farklılıklardan yararlanılır. Girişim mikroskobu
birkaç angstromlük kalınlıkları bile ölçebildiğinden, tek polimer kristalinin
incelenmesinde çok uygun bir yöntemdir. Resolusyon, dalga boyunun yarısı ile
sınırlanmıştır ve 2000 A0 dolayındadır.
Elektron Mikroskobu ve Elektron Difraksiyonu
Daha küçük taneciklerin rezolusyonu ancak elektron
mikroskobunda mümkündür ve birkaç angströmlük birimlere kadar ölçme
yapılabilir. Elektron mikroskobu kristalin polimerlerin morfolojik
çalışmalarında çok önemli bir cihazdır. Uygulanan yöntemler yankılama,
ağır-metalle gölgeleme ve çözücü aşındırmasıdır.
Tek polimer kristalleri gibi ince örneklerde, aynı örnek
alanlarının elektron-difraksiyon şekilleri incelenir. Bu yöntemde karşılaşılan
en önemli sorun elektron demetinin örneği parçalamasıdır. Tek polimer
kristalleri birkaç saniye-bir dakika gibi bir süre içinde önemli derecede
bozulurlar. Bu sorun, örneğin oda sıcaklığının altında tutulması ve birkaç kez
50000-100000 V'dan büyük hızlandırma voltajı uygulanarak, veya bir görüntü
şiddetlendirici kullanılarak azaltılır; görüntü şiddetlendirici, bir
katot-ışını tüpü görüntüsü verir ve demet akımı, normalde gerekenden daha
düşüktür.
Taramalı Elektron Mikroskobu
Taramalı elektron mikroskobunda, bulanık bir örneğin yüzeyi
ince bir elektron demeti ile taranır; örnek önceden bir ışık iletici film ile
kaplanmıştır (buharlaştırma ile). Demet örneğe çarptığı zaman çıkan ikincil
elektronlar (geri şaçılan elektronlar) veya X-Işını fotonlarının (elektron
mikroprobda) toplanmasıyla oluşan bir sinyal, bir televizyon tüpünde elektron
demetinin şiddetini düzeltmede kullanılır ve mikroskop demetiyle senkonize bir
tarama yapar. Bu sinyal örneğe göre geniş mesafelerde küçük olduğundan, görüntülerin
derinliği büyüktür ve üç-boyutlu bir görüntü verirler. Resolusyon sınırı 100 A0
dolayındadır.
5. Isıl
(Termal) Analizler
Polimerlerin ısıl analizleri, basit cihazların hızla
geliştirilmesiyle çok çalışılan bir konu olmuştur. Kalorimetrik ve diferensiyal
termal analizlerin yanında, termogravimetrik, termomekanik, elektriksel termal
ve akışkan gaz analizleri de uygulanmaktadır. Bu yöntemlerle ısıtma, tavlama,
kristallenme sırasındaki entalpi değişiklerinden başka, sistemin ısıya karşı
tepkileri de incelenebilmektedir.
Diferensiyal Scanning (Taramalı) Kalorimetre (DSC)
Deneysel Yöntemler: Öz (spesifik) ısı veya geçiş
entalpilerinin ölçülmesinde kullanılan büyük ve pahalı adyabatik
kalorimetrelerinin yerini, artık çok az miktarlardaki örneklerle çalışılabilen
diferensiyal scanning kalorimetreler (DSC) almıştır. DSC'de, önceden belirlenen
bir zaman-sıcaklık programını gerçekleştirmek için örnek ve referans
tutucuların sıcaklıklarını kontrol eden bir ortalama-sıcaklık devresi bulunur.
Bu sıcaklık bir X-Y kaydedicinin bir ekseninde kaydedilir.
Aynı zamanda bir sıcaklık-fark devresi ile örnek ve
referansın sıcaklıkları kıyaslanarak herbir tutucudaki ısıtıcıların gücü,
sıcaklıklar aynı olacak şekilde ayarlanır. Örnekte bir ısıl geçiş olduğunda iki
ısıtıcının gücü, aynı sıcaklıkları verecek şekilde düzenleneceğinden güçler
arasındaki farkla orantılı bir sinyal oluşur; bu sinyal, kaydedicinin ikinci
eksenine kaydedilir. Elde edilen eğrinin altındaki alan geçiş ısınının bir
ölçüsüdür.
DSC, iyi bir adyabatik kalorimetreden daha az doğru bir
cihazdır; hassasiyeti % 1-2 dir (diğerinin % 0.1); ancak, bu doğruluk sınırı
pek çok uygulama için yeterlidir.
Polimerlere Uygulama: Isıtılan amorf poli(etilen
tereflalat) örneklerinin adyabatik kalorimetre ile elde edilen öz ısı-sıcaklık
eğrileri Şekil-4'de verilmiştir. Düşük sıcaklıklarda her eğri sıcaklıkla
doğrusal bir yükselme gösterir ve camsı geçişte, 60-80 0C'de, daha
hızlı bir sıçrama yapar. Bu geçişin üstünde moleküler zincir hareketlerinin
başlamasıyla kristallenme meydana gelir ve öz ısı eğrisi hızla düşer. Daha
yüksek sıcaklıklarda, 220-270 0C' de , kristaller erir ve öz ısı
eğrisi de yükselir.
Diferensiyal Termal Analiz (DTA)
Deneysel Yöntemler: Diferensiyal termal analizde
(DTA), örnek ve inert referans madde, çalışılan sıcaklık aralığında herhangi
bir ısıl geçişe uğramaz ve aynı hızla ısıtılırlar. Örnek ve referansın
sıcaklıkları arasındaki fark ölçülür ve örnek sıcaklığının fonksiyonu olarak
grafiğe alınır.
Sıcaklık farkı sadece, örnekteki ekzotermik veya endotermik
olaylar nedeniyle ısı çıkışı veya tutulmasından veya örneğin ısı kapasitesinin
aniden değişmesiyle sonlanabilir.
Sıcaklık farkı ısı kapasitesi ile orantılı olduğundan, elde
edilen ısılar öz ısı eğrilerine benzer, fakat ters dönmüş şekillerdedir. çünkü
ısı çıkışı yukarı doğru, ısı tutulması ise aşağı doğru pikler verirler.
Polimerlere Uygulama: Şekil-5'de görülen poli(etilen
treftalat)ın diferensiyal termal analiz eğrisi tipik bir DTA sonucudur.
Şekildeki düşük kristalin erime aralığı polimerdeki safsızlıklardan ileri
gelir.
Şekil-4: Amorf poli(etilen tereftalat)’ın ısıtıldığında artan sıcaklık
spesifik (öz) ısı eğrileri.
Şekil-5: Amorf poli(etilen tereftalat)’ın diferensiyal termal analiz eğrisi
Termogravimetrik Analizler (TGA)
Termogravimetrik analizlerde, örneğin sıcaklığın etkisiyle
uğradığı ağırlık kayıplarını ölçen hassas bir terazi kullanılır.
Tipik uygulamalar; ısıl kararlılık ve bozunma sıcaklığının
saptanması (Şekil-6), kondensasyon polimerlerindeki safsızlıkların tayini,
kopolimerlerdeki dizi dağılımları ve bileşimin belirlenmesi, dolgulu
polimerlerin bileşimlerinin saptanmasıdır.
Şekil-6: Termogravimetrik analizde, azot gazı altında ve 5 0C/dak.
ısıtmada polimerlerin ağırlık kaybı ile saptanan relatif ısıl kararlılıkları.
(Şekil-6: Poli(vinil
klorür) (PVC), önce HCl kaybeder, sonra doymamış karbon-karbon iskeleti ile
değişmemiş poli(vinil klorür) kısmen yanarak, kısmen de parçalanarak küçük
parçalara ayrılır. Poli(metil metakrilat) (PMMA), dallanmamış polietilen (YYPE)
ve politetrafluoroetilen (PTFE) tamamen uçucu parçalara bölünür. Poliimid (PI),
800 0C’nin üzerinde kömürleşerek kısmen bozunur.)
Termomekanik Analizler (TMA)
Termomekanik analiz, sıcaklığın değişmesiyle bir polimer
sisteminde oluşan mekanik tepkileri ölçer. Tipik ölçümler dilatometre,
penetrasyon, burma modülleri ve gerilme-gevşeme davranışlarıdır.
6.
Polimerlerin Fiziksel Testleri
Bu kısımda polimerlerin fiziksel özelliklerini ölçen çok
önemli test yöntemlerine kısaca değinilecek, fakat detaylarına girilmeyecektir.
Polimerlerin fiziksel testleriyle ilgili çok ve çeşitli
literatür vardır. Schmitz ve Brown'ın serisi, American Society for Testing and
Materials (ASTM) serisi, Encyclopedia of Polymer Science and Technology (Mark)
serisi gibi.
Mekanik Özellikler
Germedeki Gerilme-Gevşeme Özellikleri: Herhangi bir
malzemenin en önemli mekanik bilgileri onun "germedeki
gerilme-gevşeme" eğrisiyle elde edilir. Bu işlem, örneğin sabit hızla
gerdirilmesi sırasında açığa çıkan kuvvetin sürekli olarak ölçülmesiyle
yapılır.
Plastikler için genel gerilme-gevşeme eğrisi Şekil-7'de
görüldüğü gibidir. Bu eğri birkaç yararlı miktarı tanımlar: eğrinin eğimi olan
"modül" veya "sertlik (katılık)", "akma
gerilmesi", "akmadaki uzama" ve "kopmadaki uzama". Bu
tip bir eğri polietilen gibi bir plastik için karakteristiktir. Şekil-8'de ise
diğer tip polimerik maddeleri tanımlayan gerilme-gevşeme eğrileri
görülmektedir. Bu polimer tipleri Tablo-3'deki gerilme-gevşeme özelliklerini
verir.
Şekil-7: Plastiklerin germedeki gerilme-gevşeme eğrisi
Gerilme özellikleri genellikle dakikada %1-100 gevşeme
hızında ölçülür. Daha yüksek gevşeme hızları uygulandığında (dakikada %106
gibi) gerilme kuvveti ve modülü katlanarak büyürken uzama düşer. Test
örneğindeki büyük sıcaklık yükselmesi alınan sonuçların tanımlanmasını
zorlaştırır.
Germe ölçümlerinden başka "kayma",
"eğilme", "sıkışma" veya "burulma" testleri de
yapılabilir. Film şeklindeki malzemelerde eğilme testleri önemlidir. Bunlar,
sert malzemelerde eğilme modülü, daha az sert olanlarda "eğilme" veya
"katlanmaya dayanıklılık" testleridir.
Şekil-8: Bazı polimerik madde tiplerinin gerilme-gevşeme eğrileri.
Tablo-3: Polimeri
Tanımlayan Karakteristik
Gerilme-Gevşeme
Özellikleri
Polimerin
Tanımı
|
Modül
|
Akma
Gerilimi
|
En
Büyük Kopmadaki Kuvvet
|
Uzama
|
Yumuşak
ve zayıf
|
düşük
|
düşük
|
düşük
|
orta
|
Sert
ve kırılgan
|
yüksek
|
yok
|
orta
|
düşük
|
Yumuşak
ve sıkı
|
düşük
|
düşük
|
akma
gerilimi
|
yüksek
|
Sert
ve kuvvetli
|
yüksek
|
yüksek
|
yüksek
|
orta
|
Sert
ve sıkı
|
yüksek
|
yüksek
|
yüksek
|
yüksek
|
Yorulma Testleri: çevrimsel mekanik gerilmeler
uygulandığında pek çok malzeme, tek bir gerilme çevriminde koptuğu kuvvetten
daha düşük bir kuvvette çöker. Bu olaya "yorulma" denir. Uygulanan
çeşitli yorulma testleri değişken germe ve sıkıştırma kuvveti ve çevrimsel eğme
kuvvetidir. Sonuçlar, germe ve kopma için uygulanan çevrim sayısının grafiği
ile gösterilir. çok sayıda malzemenin yorulmaya dayanıklılık sınırı veya
altında, yorulma çökmesi oluşmayan bir maksimum germe kuvveti bulunur.
Yorulma çökmesi, fazla elastik olmayan bir malzemenin enerji
absorblamasından kaynaklanır. Bu enerji ısı olarak açığa çıkar ve sıcaklığı
yükseltir, modülü düşürür ve malzeme hızla çöker. Enerji absorbsiyonu,
çevrimsel testte gerilme ve gevşeme arasında, fazdaki bir fark ile ölçülür.
Çarpma Testleri: Polimer örneklerindeki kopma (veya
kırılma) iki sınıfa ayrılır: kırılma (gevrek) ve haddelenme. Kırılma kopması,
maddenin çökme noktasına kadar elastik olması, akma ve çekilme göstermemesi
halinde meydana gelir. Haddelenme kopmasında örnek, çökme noktasına yakın bir
yerde kararlı bir bozulmaya uğrar. Kırılma kopması ayrılan parçaların
bozulmasıyla tanımlanır. İki önemli göstergesi vardır: bunlar, bir seri deney
koşullarında, altındaki sıcaklıklarda kırılma çökmesinin oluştuğu sıcaklık ile
ortam sıcaklığında malzemelerin sertlikleridir. Bu iki bilgiyi veren test
yöntemleri deneylerin yapılışına çok fazla bağlıdır. Örnek bozulduğundan çok
sayıda test yapılır ve sonuçlar istatistik değerlendirme ile saptanır.
"Kırılma noktası" veya kırılganlığın başlaması,
bir örnekte standart bir yöntemle çarpma testi yapılarak tayin edilir. Test
sıcaklığı, istatistik olarak örneklerin yarısının kırılma kopması ile bozulduğu
sıcaklık saptanıncaya kadar değiştirilir. Kopma noktasının camsı geçiş
sıcaklığı ile kabaca bir ilişkisi vardır.
Plastiklerin "çarpma kuvveti" bir sarkaca bağlı
ucun örneğe çarptırılması testleri ile ölçülür. Örnek kırıldıktan sonra
sarkacın gittiği yoldan, kırılma için gerekli olan enerji hesaplanır. Örneğe
testten önce standart bir çentik açılarak çökme şeklinin tekrarlanabilirliği
sağlanır.
Bilye, kargı, v.s., gibi bazı özel hazırlanmış malzemelerin
örnek üzerine düşürülmesine dayanan çarpma testleri de vardır; malzemenin
sertliği, örneklerin yarısının bozulmasına yol açan düşme yükseklikleri ile
verilir.
Yırtılma Direnci: Özellikle paketlemede film
şeklindeki kullanım çok yaygın olduğundan, plastiğin yırtılma direnci önemli
bir özelliktir. "Yırtılma kuvveti" testlerinden birinde örnek keskin
bir bıçakla yırtılır. Enerji, düşürülen bir sarkaçla sağlanır ve yapılan iş
sarkacın son enerjisinden hesaplanır. Yırtılma kuvveti ve gerilme kuvveti yakın
bir ilişki içindedir.
Sertlik: Sertlik "penetrasyon, kazıma,
bozma" gibi çeşitli etkilere karşı malzemenin gösterdiği karmaşık bir
özelliktir. Sertlik testlerinin çoğu, sabit bir yük altındaki bir
"çentikleyici"nin plastiğe bastırılması esasına dayanır.
Aşınmaya Dayanıklılık: Plastiklerde aşınmaya
dayanıklılık testi, bir kazıma testi şeklinde yapılır; malzeme, aşındırıcı bir
tekerlek veya aşındırıcı bir madde akımına tutulur. Aşınmanın derecesi ağır
tahribatlarda malzemedeki kayıpla, fakat daha çok yüzeydeki bozulmaların
incelenmesiyle saptanır; şeffaf örneklerde parlaklık kaybı veya bulanıklılık
ölçü kriterleridir.
Sürtünme, sertlik ve aşınmaya dayanıklılık polimerlerin
viskoelastik özellikleriyle ilişkilidir.
Isıl (Termal) Özellikler
Yumuşama Sıcaklığı: Bir plastiğin "yumuşama
sıcaklığı" da önemli bir ısıl özelliğidir. Bu özellik çeşitli şekillerde
ölçülebilir. Bunlar: (a) sabit yük altındaki bir çentikleyicinin madde içinde
belirli bir mesafeye kadar girdiği sıcaklığın, (b) sabit yük altında eğilmiş
bir çubuğun maddede belirli bir deformasyon yaptığı sıcaklığın (sapma sıcaklığı
veya ısısal bozulma testi), (c) ergimiş bir polimer örneğinin, sıcak bir metal
yüzey üzerinde orta bir basınçla hareket ettirildiğinde arkasında bir iz
bıraktığı sıcaklığın (polimerin erime veya yapışma sıcaklığı), (d) bir
polimerin, kendi ağırlığı altında gerilerek çöktüğü sıcaklığın (sıfır-kuvvet
sıcaklığı testi) gözlenmesi ve saptanmasıdır.
Alevlenebilirlik: Plastiklerin alevlenebilirlikleri,
bilinen bir örneğin yanma hızıyla test edilir. Dışardan uygulanan alevin
uzaklaştırılmasıyla malzemenin kendini-söndürme eğilimi de önemli bir
özelliktir.
Optik Özellikler
Geçirgenlik ve Yansıtma: "Şeffaf" bir
malzemenin (ışığı saçmayan) en önemli göstergesi "geçirgenliğidir".
Geçirgenlik, örnekten geçen ışığın şiddetinin, örneğe gelen ışığın şiddetine
oranıdır. Benzer şekilde, opak bir maddenin (ışığı yansıtır, fakat geçirmez) en
önemli özelliği de "yansıtma"dır ve yansıyan ve gelen ışınların
şiddetlerinin oranı ile tarif edilir. "Yarı şeffaf" bir madde ise,
üzerine gelen ışığı kısmen yansıtır ve geçirir. Geçirgenlik ve yansıtma, bir
spektrofotometrede ışık dalga boyunun bir fonksiyonu olarak ölçülebilir.
Renk: Göze ulaşan ve ışığın spektral bileşiminden
oluşan maddelerin görüntüsünün algılanmasıyla, beyinde oluşan öznel (sübjektif)
bir duygudur. Diğer görünümler (parlaklık, pusluluk, şeffaflık) renk olarak
kabul edilemez. Renk öznel olduğundan, fiziksel terimlerle tam olarak
tanımlanamaz. Bir ışık kaynağının spektral güç dağılımına önemli derecede bağlı
olduğundan rengin tarifi, aydınlatılan maddenin spektral yansıması ve gözün
spektral tepki eğrileri şeklinde yapılabilir. Rengin görünür miktarlarla tarif
edilebilmesi için üç değişkenin belirlenmesi gerekir.
(1) "Renk çeşidi" serisi: rengin kırmızı, yeşil,
mavi, v.s. olduğunu gösteren seri
(2) “Işıltı”: bir rengin, beyazdan siyaha kadar değişken bir
skalanının üyelerine göre sınıflanabilme özelliği
(3) "Doygunluk": bir renk çeşidinin, aynı
ışıltıdaki skala üyesinden olan farklılık derecesini belirleme özelliğidir.
Rengin cihazlarla ölçülmesinde sayılar (sınırlandırılmış) ve bazı kıyaslama
terimleri kullanılır; örneğin, iki rengin benzer veya farklı olduğuna karar
vermek gibi. Fazla sınırlamalar olmasına rağmen renk tayininin kantitatif ve
nesnel olarak saptanması ticari bakımdan çok önemlidir. Renk teknolojisinin
ilkeleri başlıca, rengin ve renk farkının saptanmasını, renk kıyaslamasını,
plastikler ve diğer maddelerin renklendirilmelerini kapsar.
Parlaklık: Parlaklık, parlak veya cilalı bir yüzeyin
geometrik olarak seçici yansıtmasıdır. Yüzey yansıtması, bir aynanın ışığı
yansıttığı yönde veya ona yakın bir yönde bir maksimumdadır. Işığın değişik
açılarda gelme ve yansımasındaki parlaklık fotoelektrik cihazlarla ölçülür.
Pusluluk: Şeffaf malzemeler için pusluluk, örnekten
geçerken gelen demetin yönünden, saçılmayla saptırılan ışığın %'sidir. Ticari
pusluluk cihazlarda sadece, geçen ışığın yönünden 2.50 'den fazla sapan ışık
bulanıklık olarak kabul edilir. Pusluluk örneğin bulanık veya süt gibi olduğunu
belirtir, fakat şeffaflığı etkilemez.
Şeffaflık: Şeffaf bir plastik maddenin şeffaflığı,
içinin veya arkasının görülmesine olanak veren hali olarak tarif edilir. Düşük
şeffaflıktaki bir örnek pusluluk göstermez, fakat içinde bulanık düzensiz
tanecikler bulunur. Şeffaflık, gelen ışık demetinden 0.10 'den fazla
sapma göstermeden geçen ışığın, gelen ışığa göre % si olarak ölçülür.
Elektriksel Özellikler
Bir izolasyon malzemesinin dielektrik sabiti, bir parelel
levha kondenserinin, levhaları arasında dielektrik malzeme varken ve yokken
ölçülen kapasitelerin oranıdır. Fark, doğal olarak, dielektriğin
polarizasyonundan kaynaklanır. Kondensere uygulanan alan zamana bağımlı ise
(alternatif akım gibi), polarizasyon da zamana bağımlıdır. Ancak dielektrikteki
harekete karşı olan direnç nedeniyle, alanlar ve polarizasyonların değişmesi
arasında bir gecikme olur. Bu gecikme bir faz farkı ile veya "kayıp açısı d" ile
tanımlanır. "Güç faktörü" sin d,
"dağılma faktörü" de tan d'dır.
Dielektrik sabiti ve güç faktörünün çarpımına "kayıp faktörü" denir.
Bu değer dielektriğin alandan herbir devirde absorbladığı enerji ile
orantılıdır. Dielektrik sabiti ve kayıp faktörü, 60 saykıl/saniye (cps) ile
binlerce megasaykıl / saniye aralığındaki frekanslarda ölçülür.
Polimerlerin çoğunun doğru akıma karşı dirençleri çok
yüksektir. İzolasyon malzemesi olarak kullanılacak polimerlerde yüzey ve hacim
direnci önemli özelliklerdir.Bazı polimerler yüzeylerinde karbon zerrecikleri
toplandığında elektrik akımını iletir duruma gelebilirler; bu özellik, benzinli
motorların ateşleme sistemlerinde izolasyon malzemesi olarak kullanılan bu tip
polimerlerde dikkat edilmesi gereken bir hususttur.
GERİ (poimer kimyası)
