Bakalit Deneyi

POLİMER
Birçok küçük molekülün uygun koşullar altında bir araya gelip birleşerek yüksek molekül
ağırlıklı bileşikleri oluşturması işlemi polimerizasyon olarak tanımlanır. Polimerizasyon
sonucu, küçük moleküllü birimlerin düzenli bir şekilde yan yana tekrarlanarak oluşturdukları
bu yüksek molekül ağırlıklı bileşiklere polimer, polimerleri oluşturan küçük birimlere ise
monomer denir. İki tane monomerin bir araya gelmesiyle oluşan polimerlere dimer, üç
tanesinden oluşanlara trimer ve dört tanesinden oluşanlara ise tetramer denir. Katılma ve
kondenzasyon polimerizasyonu olmak üzere iki çeşit polimerizasyon işlemi vardır.
Katılma Polimerizasyonu: Katılma polimerizasyonunda, monomerdeki bütün atomlar
polimerde de mevcuttur. Polimerizasyon sırasında tepkimeye giren iki madde arasından
herhangi bir küçük moleküllü bileşik ayrılmaz.
Kondenzasyon Polimerizasyonu: Kondenzasyon polimerizasyonu su, karbondioksit ve
metanol gibi küçük moleküllerin polimerizasyon sırasında ayrılmasıyla oluşur.
Bakalit (Bakalite) Sentezi (Fenol-Formaldehit Reçineleri)
Bakalit, fenol ve formaldehitin basamaklı polimerleşme tepkimesi ile elde edilen ve metilen
veya metilen eter köprülü ağ yapılı polimerdir.
Yukarıdaki tepkimeler birçok fenol ve formaldehit molekülleri arasında meydana gelebilir.
Böylece polimer bir madde oluşur ki, endüstri bakımından önemli olan bu tür polimerlere
Fenol-Formaldehit reçineleri veya Bakalit adı verilir. Fenol-formaldehit reçineleri,
endüstride kullanılan ilk sentetik reçinelerdir (1907). Bunlar hem yapıştırıcı olarak hem de
termosetting (yani sıcaklıkla yumuşamayan ve şekil değişikliğine uğramayan) reçine olarak
kullanılabilirler. Günümüzde de önemini yitirmişlerdir, birçok eşyanın yapılmasında
kullanılmaktadır.
Polimerleşmenin başlangıcında suda çözünen nispeten küçük moleküllü düz zincirli
moleküller oluşur ve bu Bakalit A olarak adlandırılır.
Polimerleşme daha da ilerlerse bu zincirler birbirleriyle yanlardan da birleşerek daha büyük
molekül yapılı bir polimer oluşur. Bunlar, molekül çok büyük değilse, suda çözünmezler fakat
alkol ve asetonda çözünürler.
Asitli ortamda elde edilen, alkol ve asetonda çözünmeyen “Bakalit B” ve Novalak denir.
Novalak, toz haline getirilip bazı dolgu maddeleri ve hekzametilen-tetramin ile karıştırılarak
kalıplara konur ve bir süre ısıtılıp ve basınç altında tutulursa polimerleşme ilerler. Bakalit
B’deki polimer düzlemler birbirleriyle birleşerek üç boyutlu yeni bir polimer oluşur ki buna
“Bakalit C” denir. Bu polimer, hiçbir çözücüde çözünmez ve ısı ile yumuşamaz. Yeni elde
edilen bu Bakalit C bir termosetting plastiktir.
Bakalit, genellikle sert, gevrek ve kırılgan olup eşya yapımında kullanmak için elverişli
değildir. Bu polimer maddeyi kullanılabilir hale getirmek için, “Bakalit B” gliserin ile bir süre
ısıtılarak olgunlaştırılır. Böylece polimer düzlemler arasına gliserin molekülleri girerek ona
yumuşak özellik kazandırır.
Elektrofilik Aromatik Sübstitüsyonla Polimerizasyon (Bakalit Oluşumu) İlk sentetik polimer
(veya reçine) bakalit olarak bilinir. 20. Yüzyıl başında Leo Hendrik Baekeland tarafından
keşfedilmiştir. Bakalit, fenol ve formaldehitin kondenzasyon tepkimesi sonucu oluşur;
tepkime asit veya bazla katalizlenir.
Asit katalizli mekanizma:
İkinci adımda asit katalizli elektrofilik aromatik sübstitüsyon, oluşan benzilik alkol ve fenol
arasında gerçekleşir.
Karbon zincirleri merkezi halka üzerindeki meta-konumundadır. Bundan dolayı ilk olarak
dallanmış bir polimer oluşur. Bu yapı daha çok fenol bağlayarak büyüyebilir. Daha çok
formaldehit molekülü birkaç noktadan bu çekirdek yapıya bağlanabilir. Her bir benzen halkası
3 tane yeni C-C bağı oluşturabilir.
Bu polimer termosetting özelliğe sahip olduğundan kullanışlıdır. Bakalit, sıvı bir karışımın
ısıtılıp polimerleştirilmesiyle oluşan bir katı polimer yapısıdır.
Deneyin Yapılışı:
Bir deney tüpüne 1 g fenol ve 2m formalin (%40’lık formaldehit çözeltisi) konulur. Karışım
bir miktar ısıtıldıktan sonra, deney tüpüne 2-3 damla derişik sülfürik asit (H2SO4) dikkatlice
ilave edilir. Sülfürik asit bu tepkimede katalizör olarak davranır. Karışım devamlı
karıştırılırken aynı zamanda 45o lik açı ile hafif bunzen beki alevi ile yavaşça ısıtılır. Tepkime
ekzotermik olduğunda ısıtma kontrollü yapılmalıdır. Isıtmaya, karışım viskoz oluncaya kadar
devam edilir. Sonra oluşan viskoz katı bir behere dökülerek soğumaya bırakılır ve yarım saat
bekletilir. Ufak bir parça alınarak bir spatül üzerine konup alevde ısıtmak suretiyle erime
özellikleri incelenir. Kırılganlığı ve diğer özellikleri araştırılır. Su, aseton ve etilalkolde
çözünüp çözünmeyeceğine bakılarak Bakalit A veya Bakalit B olduğunda karar verilir.
Termoplastik polimer
Plastikler, tek zincirler şeklinde düzenlendiğinde onlara verilen fiziksel özelliklere göre
sınıflandırılabilir. Termoplastik polimerler hem düzenli kristal bölgelerine hem de amorf
kristal olmayan bölgelere sahiptir. Termoplastik polimerler oda sıcaklığında serttir.
Isıtıldığında şekil vermek için yeterli yumuşaklığa sahip olurlar. Çünkü tek zincirler yüksek
sıcaklıklarda birbirleri üzerinde kayabilir. Termoplastik polimerler günlük yaşantımızda çok
sık karşılaştığımız plastiklerdir. (örn. Taraklar, oyuncaklar, elektrik düğmeleri, telefon
kaplamaları gibi). Bu tür plastikler kolaylıkla kırılabilmektedir.
Termosetting polimer
Polimer zincirleri çapraz bağlandığında (cross-linked) çok güçlü ve rijid (katı ve sert)
materyaller elde edilebilir. Çapraz bağlamanın derecesi ne kadar büyükse o derece rijid
polimer oluşur. Böyle çapraz bağlı polimerler termosetting polimer olarak adlandırılır. Bunlar
katılaştıktan sonra, ısıtıldıklarında tekrar erimeyebilir. Çünkü çapraz bağlanmalar moleküller
arası van der Waals kuvvetleri olmayıp, kovalent bağlardır. Çapraz bağlanma nispeten
kırılgan (brittle) bir polimer yapısına yol açtığından, polimer zincirinin hareketi ile azaltılır.
Termosetting polimerler, termoplastik polimerler gibi geniş kullanım alanına sahip değildir.
Melmac®, melamin ve formaldehitin çapraz bağlanma ile oluşturduğu termosetting bir
polimerdir. Melmac®, sert ve neme dayanıklı bir materyaldir. Renksiz olmasından dolayı
Melmac® pastel boyaları ile materyaller içerisine katılmaktadır. Aynı zamanda yemek
tabakları ve karşıt yüzeyleri (counter surfaces) hafif (lighteight) yapmak içinde
kullanılmaktadır.