Katalog

www.iku.edu.tr BİLİM KÜLTÜR VE EGİTİM TC İSTANBUL KÜLTÜR ÜNİVERSİTESİ Kendini onarabilen polimerler: Bir biyomimetik uygulama Dışarıdan bir müdahale olmadan yapısında oluşan bir hasarı tamir edebilen malzemelere "ken dini onarabilen malzeme" adı verilir. Kendini onarabilen malzemeler, insan derisi, bitki yaprakları ve ağaç kabukları gibi kendini onarabilme özelliğine sahip biyolojik sistemlerden esinlenerek geliştirilmektedir. Doç.Dr. Nihal Sarier(Istanbul Kültiir Üni.) Prof.Dr. Emel Öncter(Istanbul Teknik Üni.) Polimer kompozitler bir ya da daha fazla malzcmenin po limer bir matrise katılması ile elde edilir. Ömeğin pol ycster bir reçine eritilip, cam lif ya da karbon lifle ka rıştırıhrsa, polyester zincirler liflcrin etrafında çapraz bağlar oluşturur, böylece "fiberglas" olarak tanınan, mekanik da yanıniı çok yüksek, aynı zamanda çok hafif olan bir kom pozit elde edilir. Mekanik dayanımı yüksek olan fiberglas polimer kom pozitlerin kullanımını kısıtlayan önemli bir faktör, darbe da yanımlarınm oldukça düşük olmasıdır. Bu da kullanım sü recinde çatlama, kırılına ya da tabakalarına ayrılma gibi ön ceden tespit edilmesi ve onarılması çok güçolan t^eşicli ku surlara neden olabilir. Bu kusurların kendiliğinden giderilebilmesi ınümkün olursa uçak endüstrisinden otomobile, mikroelektronikten tıbbi protezlere kadar daha güvenilir, daha güvenli ve da ha ckonoınik uygulamalar yapılabilir. Dışarıdan bir müdahale olmadan yapısında oluşan bir ha sarı tamir edebilen malzemelere "kendini onarabilen mal zeme" adı verilir. Kendini onarabilen malzemeler, insan de risi, bitki yaprakları ve ağaç kabukları gibi kendini onara bilme özelliğine sahip biyolojik sisremlerden esinlenerek ge liştirilmektedir. " • * * . • « • . . Polimer bileşenleri Şekil 1. a)Deride oluşan bir kesik ve kılcal damarlar. b)Kılcallarl a taşınan, iki bileşen kırık oluşan yerde tepkimeye girer yanal görüntü. c)Bileşenle rinin tepkimeye girmesi ile oluşan polimer çatlağı kapatır, üstten görüntü. Kendini onarabilen polimerler, üretimleri esnasında ya pılarına katılan çeşitli kimyasallar ve farklı yöntemlerle iş levlerini yerine getirir: 1) Kılcal borulardan oluşan ağ yapılı polimerler Şekil la'da, insan dersinde kılcal damarlarla taşınan kan sayesinde derinin kendisini sürekli onarabilme özelliği şematik olarak Şekil 2. Kendini onarabilen polimer boya ile boyanmış biraraba, yüzeydeki çizik iki gün içinde kendini onarabilir. gösterilmektedir. Bu kılcal damar sisteminin yapay bir benzeri epoksi kaplamalara iki tabaka kılcal ağın gömülmesi ile oluşturulmuştur. Şekil lb'de kınnızı renkle gösterilen kıl callarda disiklopentadien (DSPD, kapalı fomıulü:CjQHj2) olarak adlandırılan ve epoksi reçine ile tepkimeye girebilen bir kimyasal bulunmaktadır. Mavi renkle gösterilen diğer kıl cal ağda bu tcpkimeyi hızlandıran bir katalizör vardır ( bkz. Şekil 2a ve 2b). Yüzeyde bir ç.ıtlak meydana geldiğinde, kıl callar da doğal olarak çatlamakta, o noktada tepkimeye gi rerek polimerize olurken epoksi matrise de bağlanmaktadır. Böylece çatlak kapanır. Bir başka noktada ya da düzlemde yine bir çatlama olduğunda polimer kendini yeniden ona rabilir. Şekil lc'de kavuniçi renkte görülen tabaka onarım tepkimesi sonucu oluşan polimere aittir. Kendini onarma sa yesinde, malzemenin hizmet süresi önemli miktarda uzar. Uçak ve otomobil boyalarında kılcal ağ uygulamasına baş lanmıştır. 2) Mikrokapsüllenmis, onancı içeren polimerler. Genellikle 100 um'den daha küçük olan mikrokapsül ler polimer malzemeye gömülür. Polimer malzemenin içine gömülen mikrokapsüllerde onancı tepkimeye girebilecekbir monomer (genellikle DSPD) bulunur. Disiklopentadien Grubb katalizörü olarak adlandırılan bir kimyasal yardımıyla tepkimeye girerek uzun polimer zincirler oluşturur, yüzey deki çizik ya da çatlağı yaklaşık 48 saat içinde doldurur (bkz. Şekil 3). Bu yöntcm, kan pıhtılaşmasından esinlenerek gelişti rilmiştir. Ancak mikrokapsüller katı faz içinde sabitlennıiş olduğu için, onarma bölgesel olarak sağlanabilir. İnsan vü cudundaki kalça ve diz protezi gibi, kullanım sürecinde sü Polimerleşme ( j /*tamamlanmış ' \>m0s 20 \\m | Şekil 3.1)Mikrokapsüller ve kendini onarma tepki mesini başlatacak katali zör polimer malzeme içine gömülür. 2)Yüzeyde çizik ya da çatlak oluştuğunda kapsüller patlayarak, ka talizörle etkileşir. 3)Polimerleşme tamam landığında, yüzeydeki ha saronarılmışolur.4) Patlamış bir kapsülün electron mikroskop görün tiisü (Kaynak:White ve ar kadaşları).5) Mikrokapsüllenmiş kendini onarabilen poli mer kompozit içeren bir diz protezi. rekli kuvvet etkisi altında kalacak polimer kompozitlerin yo rulmasını geciktirmek böylece kullanım süresini uzatmak amacı ile mikrokapsülenmiş kendini onarabilen polimerler kullanılmaya başlamıştır. Kaynaklar 1 White S R, Sottos N R, Geubelle P H, Moore ] S, Kessler M R, Sriraın S R, Brown E N Viswanaıham S (2001) Autonomic hcaling of polymer composites, Narure 409 (6822) 794.2 Trask RS, Williams HR, Bond IP (2007) Sclfhealing polymer composites: mimicking nature to enhance performance. Bioinspiration & Biomimerics 2(1) 19. 3 Trask R S and Bond I P (2006) Biomiınettc selfhcalint; ofadvanced coınposite structures ıısing hol low glass fibres Smart Mat. & Strucr. 15 704710. o KULTUR «OtTt» wu* C/«OLIORIOOO HOUUI