Her Devrin Malzemesi : Akıllı Polimer

Her Devrin Malzemesi : Akıllı Polimer

Polimer

Günümüz şartlarında her ortama ayak uydurmak ya da her devrin insanı olmak her ne kadar pek hoş bir davranış şekli olmasa da, konumuz bilim ve üretilen yeni malzemeler olunca hayatlarımızı çok daha kolaylaştıran gelişmelere çanak tutuyorlar.

Bir polimerin veya daha genel tanım ile malzemenin akıllı olması demek, sıcaklık, nem, pH, ışık yoğunluğu, elektriksel veya manyetik alan gibi ortam değişikliklerine, renk veya transparanlığını değiştirerek, iletken hale gelerek, su geçirgen hale gelerek ya da şekil değiştirerek yanıt vermesi demektir. Mesela akıllı malzeme kullanılarak üretilen bir uçak kanadının herhangi bir çatlak veya hasar anında renk değiştirerek bunun fark edilmesini sağlaması ve hatta bunu kendi kendine onarması, bir otomobil camının çok güneşli bir günde karararak sizi güneşten koruması ve bulutlu havalarda berraklaşması, akıllı bir tuğla ile inşa edilmiş bir evin dışarıdaki hava değişimi ile enerji tasarrufu imkanı sağlayabilmesi gibi direkt olarak kullanıma yönelik örnekler akıllı malzemelerin ne derece hayati ve hayatı kolaylaştırır çalışmalar olduğunun da kanıtı aslında. Ayrıca mevzu bahis polimerlerimiz kendileri için büyük olan bu değişiklikleri, küçük ortam farklılıkları ile gerçekleştirebilmekteler ve bu sayede oldukça aktif olarak kullanılabilmelerine imkan tanımaktadırlar [1-2]. Çok farklı ortam değişkenlerine çok farklı yanıtlar alabildiğimizden, akıllı malzemeler büyük bir çalışma alanı demek oluyor. Günümüzde çokça kullandığımız akıllı malzemelerden bahsedecek olsak da bu yazıda daha çok şekil değiştiren, yani tam adıyla şekil hafızalı polimerlerden bahsedeceğiz.

Farklı Alanlarda Kullanılan Akıllı Malzemeler

Şekil hafızalı polimerlere geçmeden önce, akıllı polimerlerin farklı özellikleri ile nerelerde ve nasıl kullanıldıklarına gelin bir göz atalım. Yazının başında da bahsettiğimiz gibi, akıllı malzemeler farklı çevresel değişikliklere farklı tepkiler veren malzemelerdir.

Clipboard011 Mimarlık alanında akıllı malzemelerin kullanımı oldukça yaygınlaşmış halde. Örneğin, bina cepheleri inşa edilirken akıllı malzemeler kullanılmakta ve bu malzemelerin sıcaklık farklılıklarına verecekleri tepkilerden yararlanılması düşünülmektedir. Kullanılan akıllı malzemenin faz dönüşümü 27 ⁰C’de başladığından dolayı, iç mekanın ısısı bu derecenin altına düştüğünde, faz değiştiren akıllı malzeme (FDM) depoladığı ısıyı mekana vermekte, yani bir nevi termostat görevi görmektedir. Bu faz değişimine bağlı olarak da, cephenin saydamlığı da değişmektedir. Bu tarz bir sisteme örnek olarak Alterswohnen (Domat/Ems, İsviçre, 2004, Dietrich Schwarz) binası verilebilir.

 

Clipboard01Daha çok japon mimarisinde tercih edilen akıllı malzemeler ise, beklenilen bir şekilde deprem ile bağlantılı sorunlara çözüm bulmak için kullanılıyor. Mesela Osaka’da inşa edilen Dowa Kasai Phoenix Kulesi’nde (145m) kullanılan teknoloji sayesinde gerek depremlerin gerekse kuvvetli rüzgarların yarattığı titreşimlerin ve sallantıların hissedilmemesi sağlanıyor. Bu yapıda iki farklı akıllı malzeme kullanılırken, biri oluşan titreşimleri hissediyor, diğeri ise mekanik özelliklerini bu hareketlere bağlı olarak değiştiriyor. Bu mekanik değişimler sayesinde de sarsıntıların veya kuvvetli rüzgarların oluşturduğu titreşimler ve sarsıntılar emilerek, binadakilerin hissetmemesi sağlanıyor. Eğer bu kulede böyle bir sistem geliştirilmemiş olsaydı, binanın içindeki insanlar kendilerini sallanan bir teknede hissediyor gibi olurlardı. Aynı şekilde acaba uçaklar ve arabalar da gerçekten sessiz mi diye sorgulayabilir miyiz? Aslında sorgulayabiliriz elbette çünkü akıllı malzemeler sayesinde, ses dalgaları nedeniyle ortaya çıkan hava basıncındaki değişimlere duyarlı akıllı malzemeler, bu uyarıları elektrik sinyaline çeviriyorlar ve bu sinyal bir mikrofon yardımı ile gürültüyü yok edecek ses dalgaları yaratıyorlar.

Şekil Hafızalı Polimerler

Şekil hafızalı polimerler, deforme edildikleri şekillerinden orijinal şekillerine kendi kendilerine dönebilen akıllı malzemelerdir. İlk olarak, 1984 yılında Japon, Nippon Zeon Şirketi tarafından ortaya çıkarılmıştır. Biraz daha açmak gerekirse, bu polimerler, sizin geçici olarak verdiğiniz şekli alsa da, daha sonra duyarlı olduğu bir ortam değişikliği sayesinde (mesela sıcaklık gibi) orijinal şekillerine tamamen kendi kendilerine dönebilir, yani ilk şekillerini hafızalarında tutabilirler demek oluyor bu [8]. Akıllı derken gerçekten akıllı malzemelerden bahsediyoruz!

Şekil hafızalı polimerlerin, hafızasında tuttuğu genellikle iki bazen de üç şekil mevcuttur. Bu şekillerden birisi orijinal şekli iken diğeri ise deformasyon sonucu aldığı şekildir. Şekil hafızalı polimerlerin etkilendiği ortam değişkeni genellikle sıcaklık olmakla birlikte, bu değişken manyetik alan, ışık ya da bir solüsyon da olabilir. Bu sayede kullanım alanındaki çeşitliliği de artmaktadır.

Malzemelerin nasıl ki belli bir erime sıcaklıkları varsa, konu polimerler olduğunda erime sıcaklığına ek olarak bir de camsı geçiş sıcaklığından bahsetmemiz gerekiyor. Camsı geçiş sıcaklığı (Tg) kısaca, maddenin camsı (amorf yani kristal bir yapı bulundurmayan) özelliklerini kaybedip ağdalı (hareketlilik kazanarak daha esnek bir yapıya bürünmeleri) özellikler kazanmaya başladığı sıcaklık sınırıdır ve bu sıcaklık sınırı erime sıcaklığından daha düşüktür. İşte bu camsı geçiş sıcaklığı şekil hafızalı polimerler için oldukça önemlidir. Çünkü biraz önce de bahsettiğimiz gibi, bu polimerlerin kalıcı ve geçici olmak üzere iki farklı şekli vardır. Deforme halindeki geçici şekil, camsı geçiş sıcaklığının üzerindeyken verilir. Akıllı polimerler daha sonra soğutulduklarında bu geçici şekillerini korurlar ancak istenilirse dış etmenler ile (kuvvet gibi) kalıcı şekillerine döndürülebilirler. Dış etmenler ile kalıcı şekline döndürülen şekil hafızalı polimerler, tekrardan herhangi bir ortamda camsı geçiş sıcaklığının üzerine çıkarıldığında ise hafızalarındaki geçici şekillerine geri dönerler. Karışık gibi mi? Aslında izleyince hiç de öyle olmadığını görelim tam da bu noktada;

Picture1

Buraya kadar bahsettiklerimizde temel olarak akıllara takılabilecek bir iki soru olduğunu farzedersek, ilk olarak deforme edilen polimerin neden kalıcı deformasyona uğramadığını açıklayalım. Yani mesela bir metal levhayı alıp yeterince büktüğümüzde, elimizdeki metal deforme edildiği şekli ile kalır, yani bu kalıcı bir deformasyondur. Ancak şekil hafızalı polimerler diğer herhangi bir malzeme gibi eğilip büküldüğünde bunu kalıcı bir şekilde bünyesinde tutmadan, eski haline döndürülebilmekte çünkü biraz önce de dediğimiz gibi bu deformasyonlar camsı geçiş sıcaklığının üzerinde gerçekleştiriliyor ve bu sıcaklığın üzerinde bu polimerler süper esnek bir özellik gösteriyorlar. Bu nedenle de bu polimerleri istediğiniz gibi deforme etseniz de, verdiğiniz bu şekilden kalıcı şekline dönüşünüz ve kalıcı şeklinden tekrardan geçici şekline dönüşünüz mümkün olabiliyor.

Polimer lerin kullanım alanları nelerdir?

Polimer

Polimer lerin kullanım alanları nelerdir?

GİYECEKLERİMİZ :

Belki de birçoğumuz ayakkabılarımızın polimer bir malzemeden yapılmış olduğunu hiç düşünmemiştik. Kiminin derisi farklı kiminin altının yumuşaklığı farklıdır. Deriden bahsediyorsak derinin kendisi doğal bir polimerdir. Yürüyüş botlarının pek çoğunun altı poliüretandan yapılmıştır. Bazılarının yapısında PVC’ye rastlanır. Bazen de naylondan yapılmış ürünleri kullanırız. Üzerimize giydiğimiz eşyalardan pekçoğu yün pamuklu (selüloz) doğal polimerik maddelerden veya suni yollarla elde edilmiş olan polyester poliakrilonitril (yapay ipek) gibi pekçok polimerik ürün kullanırız.
Yalnızca günlük hayatımızda her gün kullandığımız giyeceklerin yanısıra denizde de kullanılacak pek çok ürün polimerik malzemelerden yapılmıştır. Kloropren ve poliüretan ürünler bunlara örnektir.

• AMBALAJLAMA KORUMA VE BAZI ÜRÜNLER :

Bugün ürünlerin korunması ve taşınmasında kullanılan ambalajlama kendi başına bir alan olmuştur. Bunu en basit şekliyle bir süpermarkete girerseniz açıkça görebilirsiniz. Hemen hemen tüm ürünler paketlenmişlerdir. Paketlemede kullanılan malzemelerin hemen hemen hepsi polimerik malzemelerden hazırlanmışlardır. Evlerimizde de benzeri pek çok malzeme kullanırız. Bu malzemelerin bazıları naylon olduğu gibi bazıları polipropilenden polyesterden veya polietilenden yapılmıştır.
Çocuk pedlerinde su sızdırmaz polietilen veya doğal kauçuk kullanılır. Fakat belki de Pedin en önemli kısmı poliakrilik asit kısmıdır. Kendi ağırlığından çok daha fazla suyu absorbe edebilir.
Şampuanlarda hidroksietilselüloz bulunur. Saç spreylerinde ise ; polivinilprolidondan yararlanılır.

• FOTOĞRAFÇILIK GÖZLÜKLER VE LENSLER :

Fotoğraf filmleri eskiden selüloznitrattan yapılırdı. Daha sonraları kolayca yanan bu ürün yerini selüloz asetata daha sonra o da yerini polyestere bıraktı.
Bugün fotoğrafçılıkta kullanılan sert ve şeffaf renkli filtreler polikarbonattan yapılmaktadır.
Gözlük camlarının yerini ise daha hafif ve kırma indisi camdan daha fazla olan polikarbonat gözlük camları almaktadır. Kontak lenslerde ise polimetilmetakrilat kullanılmaktadır.Araba farları da çoğu kez akrilatlardan hazırlanmaktadır.

• EV YAPI MALZEMELERİ :

Evlerimizde en çok kullanılan yapı malzemelerinden biri temel elemanı selüloz olan ağaç malzemelerdir.PVC borular evlerdeki su tesisatının en önemli elemanlarıdır. Evdeki elektrik tesisatındaki bakır teller dışındaki hemen her şey polimerik malzemelerden yapılmıştır. PVC kapı ve pencereler ucuz ve ısı yalıtımındaki avantajları nedeniyle binaların büyük bölümlerinde kullanılmaktadır. Bazı çatlak ya da deliklerdeki su geçirmezliği sağlamak amacıyla silikonları da sık sık kullanırız.
Ayrıca ev dekorasyonu ve döşemesinde kullanılan pekçok polimerik ürün vardır. Yer döşemesinde kullanılan lekelenmeye dirençli politetrafloroetilenden yapılmış halıların yanısıra pekçok halı tipini kullanırız.
Akrilik lateks boyalar polimetilmetakrilat bazen polivinilasetat kopolimeri içerirler.

• TAŞIMACILIKTA :

Modern bir otomobilde; lastikler lastik fiberleri döşemeler ve boya hariç yaklaşık 150 kg polimer madde kullanılır.
Uçaklarda yakıttan tasarruf edebilmek için metal kullanımı hızla azaltılmaktadır. Çünkü polimerik maddeler metallerden daha hafiftir. Daha hafif oldukları içinde havadayken metallere göre daha az yakıt harcanmasını gerektirirler.

• BİZ VE SAĞLIK :

Eğer tek hücreli canlılardan çok hücreli canlılara kadar temel yapının ne olduğunu sorgulayacak olursak temel yapı bilgisini taşıyan DNA veya RNA’nın temelde 20 kadar aminoasit ve bunları birbirlerine bağlayan fosfat bağlarından meydana geldiğini görürüz. Gerçi organizmada bulunan amino asitlerin sayısı daha fazladır. Ama yine de canlılardaki bu çeşitlilik amino asit sıralamasındaki değişiklikten ve konformasyonlarından kaynaklanmaktadır. Ayrıca hangi organı düşünürsek düşünelim onun tekrarlanan moleküler yapılardan oluştuğunu görürüz. Dolayısıyla günümüzde yapay doku çalışmalarında polimerlerin önemi her geçen gün daha da artmaktadır.

Polimerlerin kullanıldığı pekçok yer belirtilirken karşımıza hemen hergün çıkan ürünlerden yalnızca bir kısmı ele alınmıştır. Eğer etrafımıza daha dikkatli bakarsak sözünü ettiğimiz ürünlerden çok daha fazlasını görebiliriz.
Polimer kimyasının önemini vurgulamak için söylenilecek son söz belki de; ABD de kimyasal araştırmalar için ayrılan bütçenin üçte birinden daha fazlasının polimer kimyası araştırmalarına ayrıldığını belirtmek olabilir.

Polimer Nedir?

Polimer

Polimer Nedir?

Monomer olarak adlandırılan basit moleküllerin kimyasal bağlarla bağlanması sonucu oluşan yüksek molekül ağırlıklı maddelerdir.

Endüstride kullanılan polimerik malzemeler fiziksel ve mekanik özelliklerine bağlı olarak üç ana sınıfa ayrılırlar:

1. Plastikler

2. Kauçuklar

3.Fiberler

Günümüzde polimerik malzemeler çok yaygın bir kullanım alanına sahiptir. PVC, naylon ve teflon polimerik malzemelere verilebilecek en basit örneklerdir. Plastik ve kauçuk malzemelerin tümü polimer esaslıdır.

Polimerlerin yaygın olarak kullanılmasını sağlayan özellikler:

1. Hafif olmaları.

2. Kolay şekillendirilebilir ve kolay dizayn edilebilirler.

3. Kimyasal etkilere karşı dayanıklı olmaları.

4. Atmosferik koşullara karşı dayanıklıdırlar.

5. Mekanik dayanımları yüksektir.

6. Yalıtkandırlar, elektrik, ısı ve sesi iletmezler.

7. Hijyeniktirler.

8. Özellikleri İstekler Doğrultusunda Değiştirilebilir.

9. Optik Özellikler (Şeffaflık, Matlık).

10. Düşük Maliyetlidirler (Hammadde Ve İmalat)