2. POLĠMER NEDĠR?
Polimerler monomer adı verilen küçük moleküllerin ard arda
dizilmesi ile oluĢan uzun zincirli yapılardır. Tek bir polimer
zincirinde binlerce ya da milyonlarca monomer bulunur.
Sahip oldukları üstün özellikleri nedeniyle polimerik
malzemelerin kullanım alanları giderek yaygınlaĢmaktadır.
Polimerlerin baĢlıca avantajları: hafif oluĢları, korozyona karĢı
dayanıklı oluĢları ve kolay iĢlenebilirlikleridir. Yapı malzemeleri
olarak da polimerlerin çok büyük bir önemi vardır.
3. ġEKĠL HAFIZALI POLĠMERLER
ġekil Hafızalı Polimerler (SMPs); sıcaklık, pH, kimyasal
maddeler ve ıĢık gibi harici bir uyarıcı (tetikleme) bulunması
durumunda deforme olmuĢ Ģeklinden (geçici Ģekli), asıl (kalıcı)
Ģekline dönme yeteneğine sahip akıllı polimerik malzemelerdir.
4. POLĠMERLERĠN AKLI NEREDEN
GELĠR?
Zincirin uzayda yönlenmesine
konformasyon diyoruz. Konformasyonu
zinciri oluĢturan monomerler ve aradaki
bağ açıları ile dönme açıları belirliyor.
N tane monomerden oluĢan zincir için
N-2 tane rastgele dönme açısı
olacağından tüm dönme açılarının sıfır
olma olasılığı, yani düzlemsel zig-zag
konformasyon olasılığı hemen hemen
sıfırdır. Bir polimer zincirinin konformasyonu
En büyük olasılık rasgele yumak
Ģeklinde bir zincir ve zincir uçları arası
mesafe R0 ın N den çok küçük olmasıdır.
5. POLĠMERLERĠN AKLI NEREDEN GELĠR?
Bir polimer zincirinin iki ucuna bir F kuvvetinin etki ettiğini
düĢünelim. Deformasyon öncesi uçlar arası mesafe R0 iken bu kuvvet
etkisi ile mesafe R ye kadar artar. Deformasyon oranı x = R / R0 olarak
tanımlanırsa deformasyonda zincirin iç enerjisi değiĢmez, sadece
entropisi değiĢir.
Polimer zincirine yapılan iĢ x2 ile kuvvet ise x ile orantılıdır. Yani, bir
polimer zincirinin Hooke yasasına uyduğunu ve polimer molekülünün
bir yaya benzediğini görüyoruz. Sonuç olarak polimer zincirini nano
ölçekte bir yay olarak göz önüne alabiliriz. Yay sabiti k polimerlerin
elastik modülüne karĢılık gelmektedir.
6. POLĠMERLERĠN AKLI NEREDEN GELĠR?
Bir metal yayın Ģeklini ancak onu çekerek
değiĢtirebiliriz.
Bir polimer zincirin Ģeklini sadece onu çekerek
değil, çevreden gelen çeĢitli uyarılarla da
değiĢtirebiliriz. Sıcaklık, pH, solvent kalitesi, nem,
elektriksel veya manyetik alan, toksinlerin varlığı
vb. gibi etkilerle zincir boyutları değiĢebilmektedir.
Polimer zincirlerinin diğer bir özellikleri dıĢ
etkendeki çok az bir değiĢiklik ile, örneğin ortam
sıcaklığının çok az değiĢmesi ile aniden çok büyük
boyut değiĢikliği göstermeleridir.
0.1 oC lik bir sıcaklık değiĢimi ile çözelti içerisinde
boyutları 100 misli değiĢebilen sıcaklığa duyarlı
polimer zincirleri örnek olarak verilebilir.
7. HAFIZA ETKĠSĠNĠ NASIL GÖSTERĠRLER?
ġekil hafıza etkisi gösteren polimerler, her ikisi de görünebilen kalıcı
ve geçici olmak üzere iki Ģekle sahiptir. Mikroskopik ölçekteki zincir
boyutlarındaki değiĢimler makroskopik olarak gözlenebilmektedir.
Sıcaklığa duyarlı Ģekill hafızalı polimerik malzemeler, geleneksel
yöntemlerle imal edildikten sonra, geçici Ģekline Ģu iĢlem sırasıyla
getirilir: ısıtma, deformasyon ile geçici Ģekle getirme ve son olarak
soğutma.
8. Amorf yapıda bulunan kısımların soğuma sırasında yumuĢak
kauçuğumsu yapıdan sert, kırılgan, ve katı (rijit) camsı yapıya
geçtiği sıcaklığa ise camsı geçiĢ sıcaklığı (Tg) denir.
Bu malzemeler polimere özgü olan camsı sıcaklığının üzerine
ısıtılarak deforme edilir ve geçici Ģekline getirilir. Soğutulduğunda
geçici Ģeklini öğrenmiĢ olan malzeme, yeniden Tg üzerinde bir
sıcaklığa ısıtıldığında kalıcı Ģeklini alır.
9. ŞEKİL HAFIZA ÖZELLİĞİ
GÖSTEREN POLİMERLER
Fiziksel Olarak Çapraz Bağlı SMPs Kimyasal Çapraz Bağlı SMPs
Çapraz baplı poliüretan
Doğrusal blok kopolimerler
PEO-PET blok
Poliüretanlar
kopolimerleri çapraz
Polietilen tereftalat(PET) ve bağlanma ajanı olarak maleik
Polietilenoksit (PEO) içeren anhidrit veya gliserin
blok kopolimer kullanılarak çapraz
Politetrahidrofuran bağlanması sağlanılır.
Diğer termoplastik polimerler
Polinorbornen
Silsesquioxane
10. SMPlerin kimyasal yapısında sert bölüm ve yumuĢak bölüm olmak
üzere iki kısım bulunur. Sert kısım donmuĢ faz olarak görev alırken,
yumuĢak bölüm ise geri dönüĢüm görevi görmektedir.
11. SMP GENEL ÖZELLĠKLERĠ
Deformasyon Miktarı (%): % 800’e kadar
Yoğunluk (g/cm3) = 0,9-1,1
Kritik sıcaklık (° c) = -10 ° C ile 100 ° C
Geri dönüĢme hızları (dakika) = <1 sn.den birkaç dk.ya kadar
Deformasyon için gerekli gerinim (MPa) = 1- 3
Korozyona dayanım = mükemmel
ĠĢleme koĢulları = <200 ° C, düĢük basınç
Biyolojik olarak parçalanabilir olması
12. SMP GENEL ÖZELLĠKLERĠ
Camsı geçiĢ sıcaklığının üzerinde süper esneklik (yüksek deforme
edilebilirlik) özelliği göstermesi nedeniyle artık gerilme (kalıcı
deformasyon) oluĢmasının önlenmesi.
SMPler iki farklı halde bulunur: Camsı ve kauçuk hal. Camsı
haldeyken, malzeme serttir ve kolayca deforme edilemez.
Sıcaklık "Cam geçiĢ sıcaklığı” ndan daha
fazla olduğunda, malzeme yumuĢak kauçuk hale dönüĢür ve
kolayca deforme olur.
Polimer zincirleri sürünme olmaksızın hareketsiz geçici Ģekle hızlı
bir Ģekilde sabitlenirler.
13. KULLANIM ALANLARI
Kontrollü salınım sistemlerinde:
Mide pH sı olan 1-2 civarında aniden ĢiĢen jeller
içlerindeki ilacı midede boĢaltmaktadır.
Ya da pH 7 nin üzerinde yani bağırsaklarda
ilacını veren jeller veya vücut sıcaklığı 37oC nin
üzerine çıktığında büzülerek ilacını atan jeller.
Vücuttaki glükoz seviyesi kritik bir değerin
üzerine çıktığında cevap olarak insülin salan
sentetik pankreas.
Balon tedavisinde kalp damarları içine takılan
stentlerin yüzeyine son yıllarda ilaç içeren jeller
kaplanmakta ve jelin ilacı uzun bir süreçte (6 ay)
kalp damarına vermesi sağlanmaktadır.
14. KULLANIM ALANLARI
Ortodondik Kalıplar
ġekil değiĢtiren uçak [morphing aircraft]
terimi, uçuĢ sırasında kanat plan Ģeklini
[planform] verilen bir kumanda sonucunda
belirgin olarak değiĢtirebilme yeteneğine
karĢılık gelmektedir. UçuĢ sırasında Ģekil
değiĢtirme yeteneği, yakıt ekonomisini, çok
rollü görev kabiliyetini ve görev
performansını artırıcı bir etken olarak
düĢünülebilir.
ġekil hafızalı kumaĢ, buruĢtuğunda ısı
uygulanarak eski haline döndürülebilir.
Örn: saç kurutma makinası ile hava üfleme.
15. KULLANIM ALANLARI
ġekil hafızalı polimerlerin tekstil malzemelerinde kullanılması
16. KULLANIM ALANLARI
Ġlk olarak düĢünülen endüstriyel uygulamalarından biri de
robotlardır.
ĠnĢaat sektöründe (pencere çerçevelerinde sıcaklıkla
geniĢleyebilen köpüklerde) yaygın kullanımını görülmektedir.
Spor giyim malzemelerinde: judo ve karate giysileri, kask
17. KULLANIM ALANLARI
Poliüretan SMP motorları için bir otomatik bobin elemanı
olarak uygulanır.
Müzik aletlerinden keman; Ģekil hafızalı polimer ve karbon elyaf
kombinasyonuyla yapılır. Burada kullanılan polimerin adı
Veriflex’dir. Ġstenilen Ģekli alarak müzisyenin boyun ve omuz
ağrılarını azaltmaya yardımcı olur.
18. KULLANIM ALANLARI
Elektrik enerjisi ile uyarılan polimerlerin yapay kas olarak biyolojik
kasların alternatifi olarak değerlendirilmesi medikal cihaz
tasarımcıları için büyük umutlar vaat etmektedir.
Her durumda elektronik ve iyonik uyarılabilir polimerler geometrik
boyutlarda Ģekillenebilir malzemelerdir. EAP malzemeleri diğer
polimerler gibi kolaylıkla Ģekillendirebilir malzemelerdir. Bu
malzemelerin mikro-elektro-mekanik sistem (MEMS) ile kolaylıkla
entegre edilebilmektedir. Böylece fonksiyonu kaybolmuĢ biyolojik
kasların uyarılması ve yeniden fonksiyon kazandırılması mümkün
olacaktır.
