Saturday, Feb 22nd

Last updateFri, 31 Jan 2020 2pm

Buradasınız: Home MAKALE / ARTICLE Makale1 Işığa Duyarlı Şekil Hafızalı Polimerler
FANUC’tan Türkiye’ye büyük ödül

FANUC’tan Türkiye’ye büyük ödül

FANUC’un Türkiye partneri He-Pro Mekatronik’e inovasyon ödülü

Japonya merkezli CN...

Türkiye oyuncak sektörü kümelenme ile güçlenecek

Türkiye oyuncak sektörü kümelenme ile güçlenecek

Oyuncak İhtisas Organize Sanayi Bölgesi, PAGDER işbirliğiyle kuruluyor

Yıllık 700...

Türkiye ihracatta kimya ile büyüyor

Türkiye ihracatta kimya ile büyüyor

2019 yılını rekorla kapatan kimya ihracatının 2023 hedefi 30 milyar dolar

Türkiye...

Interpack 2020 tamamen doldu

Interpack 2020 tamamen doldu

Ambalaj endüstrisi ve ilgili proses endüstrileri için en önemli uluslararası iht...

Geri dönüşüm ve akıllı ambalajlarda fırsat var

Geri dönüşüm ve akıllı ambalajlarda fırsat var

Türkiye plastik sanayinin yüzde 40’ını, ihracatının ise yüzde 70’ini oluşturan a...

Işığa Duyarlı Şekil Hafızalı Polimerler

Özet

Işığa duyarlı şekil hafızalı polimerler (IDŞHP), ışık etkisi ile makroskobik özelliklerini değiştirebilen ve uyarıcı etki ortadan kaldırıldığında geçici şeklinden kalıcı şekline dönebilen akıllı polimerlerdir. Bu çalışmada ışığa duyarlı şekil hafızalı polimerlerin temel özellikleri ve uygulamaları ele alınmıştır.

1.Giriş

Işığa duyarlı akıllı polimerler, ışık etkisine farklı şekillerde yanıt veren yapılardır. Son zamanlarda en çok çalışılan konulardan birisi olan IDŞHP’nin genellikle akıllı yüzeyler, sensörler, aktüatörler gibi alanlardaki kullanılabilirliği üzerine çalışmalar yapılmaktadır. 

2.Işığa duyarlı şekil hafızalı polimerler

Işığa karşı duyarlı olan ŞHP ışık etkisi altındaki şekil değiştirme mekanizmaları Şekil 1’de gösterilmektedir. Buradan da görüldüğü gibi, uygun bir dalga boyundaki ışığa maruz kalan polimer şekil değiştirmekte, bu etki ortadan kalktığında ise eski haline dönmektedir. 

Şekil 1. Işığa karşı duyarlı ŞHP [1]

 

Işığa karşı duyarlı olan ŞHP’lerin moleküler mekanizması daha ayrıntılı olarak Şekil 2’de görülmektedir. İlk durumda serbest halde bulunan polimer belli bir gerilime maruz bırakılmakta (a), daha sonra belli dalga boyundaki (λA) ışımaya maruz bırakılmaktadır. Bu adıma ışık altında sabitleme denilmektedir (b). Daha sonra gerilim uzaklaştırılmakta ve polimer geçici şeklinde kalmaktadır (c). Eğer başka bir dalga boyunda ışımaya (λB) maruz kalırsa, polimer orijinal şekline geri dönmektedir [1-5].

 

Şekil 2. Işığa karşı duyarlı ŞHP’lerin moleküler mekanizması [1]

Işığa duyarlı şekil hafızalı polimerler, yapıya tersinir fotoreaktif anahtar grupların yapıya ilave edilmesi ile elde edilmektedir. Uygun bir dalga boyundaki ışık ile ışığa duyarlı gruplar arasındaki etkileşim ile katılma reaksiyonu gerçekleşmekte ve bunun sonunda yeni bir yapı elde edilmektedir. Farklı dalga boylarındaki ışığa maruz kalma durumunda yeni oluşan bağların ayrılması da gözlenebilmektedir. Işığaduyarlı ŞHP’ lerde farklı dalga boylarında ışığın geçici şeklin oluşturulması ve orijinal şekle dönmesi için kullanılmaktadır. Bu tür polimerler, malzemenin çeşitli asit veya azo bileşenleri ile fonksiyonlaştırılmasıyla elde edilmektedir [1-5]. 

Azobenzen belli dalga boyundaki ışığa çok hızlı tepki gösterdiği için çok tercih edilmektedir. Azobenzene, iki fenil halkasını birleştiren azo bağları (−N=N−) içeren iki aromatik halkadan oluşmaktadır. Aromatik halkanın farklı gruplarla değiştirilmesi ile elektron alıp-verme, dolayısıyla ışığa karşı tepkileri değişen yapılar elde edilebilmektedir. Bu grupta yer alan yapıların foto kimyasal özellikleri çok önemlidir. Özellikle π-kongüge yapısı yani ışığın (UV ve/veya görünür ışık) absorbsiyon edilme derecesidir. Azobenzen ve türevleri oldukça rijit bir yapıya sahiptir ve uygun ışıma altında kolay ve hızlı bir şekilde foto izomerizasyon davranışı gösterebilir [1-5]. 

 

Şekil 3. Azobenzenin trans-cisizomerizasyonu [1]

Azo benzenler Şekil3’den de görüldüğü gibi, iki izomerik konfigürasyona sahiptir. Isıl olarak stabil olduğu transformu ve yarı stabil olduğu cis formu.  UV ışını altında trans azo benzene kolayca cis formuna dönüşebilmekte, bu da molekülün boyutunu küçültmektedir. 9A° olan mesafe 5.5 A°’a düşmektedir. UV kaynağı kapatıldığında azobenzen daha kararlı olan transformuna dönüşmekte ve bu sayede polimer eski haline dönmektedir. Bu fotokimyasal etki birçok sistemde kullanılabilmektedir. [1-5]

 

Şekil 4. Tersinir davranışını gösteren model [3]

Benzer şekilde moleküler seviyede (C6H5CHCHCO2H) gibi ışığa duyarlı anahtar görevi gören moleküllerin eklenmesi ile elde edilen yapı, uygun bir dalga boyundaki ışımaya (> 260 nm) maruz bırakıldığında polimerin yapısında bulunan ışığa duyarlı fonksiyonel gruplar, fotokimyasal reaksiyona girmekte birbiriyle kovalent çapraz bağlar yapmakta ve farklı bir yapının meydana gelmesini sağlamaktadır (Şekil 4) [3-5]. Işığaduyarlı ŞHP moleküler düzeyde iki bileşenden oluşmaktadır bunlar moleküler anahtar grupları ve birbirine girmiş polimer zincirleridir. Işığa maruz kalan iki molekül anahtarı Şekil4’den de görüldüğü gibi, çapraz bağlanma sonucunda iki segment bulunan halkalı bir yapı oluşturmaktadır. Programlama esnasında, polimer gerilim altında dalga boyu 260 nm’den büyük olan ( λ> 260 nm) olan bir ultraviyole ışığa maruz bırakılmakta, böylece gergin halde yeni kovalent bağlar oluşturulmaktadır. Daha sonra λ <260 nm olan ışımalarda oluşan kovalent bağlar ayrılmakta ve kalıcı şekil geri kazanılabilmektedir [3-5].

Işığa duyarlı gruplar aşılama yolu ve birbiri içine girmiş ağlar olmak üzere iki farklı şekilde polimerik ağ yapısına dahil edilebilmektedir. Aşılma yolu ile elde edilen ŞHP için, foto-tersinir kovalent çapraz bağlar moleküler anahtarlanma aracılığıyla oluşturulmuş ve aşılama ile yapıya dahil edilmiştir. Birbiri içine girmiş ağ yapısına sahip ışığa duyarlı ŞHP için, polimer ağında birbiri içine girmişfoto – tersinir kovalent çapraz bağlantılar içeren moleküler anahtarlar aracılığıyla oluşturulmaktadır. Her iki durumda da kalıcı şekil amorf yapıdaki ağın segmentlerini çapraz bağlanmasını sağlayan kalıcı ağ noktaları tarafından belirlenmektedir [2-5].

Bu yapıların yanında son yıllarda yapılan çalışmalar daha çok anizotropik ŞHP’ler üzerine yoğunlaşmaktadır. Işığa karşı hassas olan bu yapılar belli bir doğrultuda, seçimli bir şekilde şekil değiştirmektedirler. Bunlara örnek likit kristal elastomer esaslı polimerler örnek olarak verilebilmektedir. Ikeda ve arkadaşları, yaptıkları çalışmada likit kristal polimerler kullanmışlar ve çapraz bağlanma yoğunluğunun malzemenin bükülme davranışına olan etkisini incelemişlerdir. Yapılan çalışma sonunda çapraz bağ yoğunluğunun artması ile yapıda bulunan azobenzen grupları daha iyi bir şekilde düzenlenmiş ve UV ışımasına maruz kalan polimerlerde meydana gelen % çekme oranı artmıştır [2-5]. Bunun gibi farklı fonksiyonel grup içeren ve amorf semi-kristalin ve likit kristal elastomer yapıdaki polimerler ve kopolimerler farklı çapraz bağ yoğunluklarına bağlı olarak farklı tepkiler verebilmektedir. 

Sonuç

Işığa duyarlı şekil hafızalı polimerler, sahip olduğu şeklini hafızasında koruyarak, geçici olarak deforme olmuş şeklinden ışık etkisiyle kontrollü bir biçimde orijinal şekline dönebilen akıllı malzemelerdir.  IDŞHP’ler henüz Ar-Ge aşamasında olup yapılan çalışmalar genellikle biyolojik ve mekanik uygulamalara yöneliktir ve akıllı lifler ve lifsi yapılar, akıllı yüzeyler, sensörler, aktüatörler, akıllı enjekte edilebilen jeller gibi alanlardadır.

Kaynaklar

1. Danish Iqbal, Muhammad Haris Samiullah, Photo-Responsive Shape-Memory and Shape-Changing Liquid-Crystal Polymer Networks, Materials 2013, 6, 116-142 

2. Yu, Y.L.; Nakano, M.; Ikeda, T. Directed bending of a polymer film by light -Miniaturizing a simple photomechanical system could expand its range of applications. Nature 2003, 425, 145–145

3. Jiang, H. Y., Kelch, S., &Lendlein, a. (2006). Polymers Move in Response to Light. Advanced Materials, 18(11), 1471–1475. 

4. Lendlein, A., Jiang, H., Jünger, O., & Langer, R. (2005). Light-induced shape-memory polymers. Nature, 434(7035), 879-882.

5. Yu, Y.L.; Nakano, M.; Ikeda, T. Photoinduced bending and unbending behavior of liquidcrystalline gels and elastomers. Pure Appl. Chem. 2004, 76, 1467–1477.

Kübra KARABACAK, İrem Nehir UYSAL, Hatice Aylin KARAHAN TOPRAKÇI

Yalova Üniversitesi Polimer Mühendisliği Bölümü

TEKNOLOJİ / TECHNOLOGY

Setting
Beier Mikser Çözümleri

Beier Mikser Çözümleri

Friday, 31 January 2020

Beier'in SRL-Z serisi mikser/soğutucu kombinasyonl...

Readmore

Ekstrüzyon hatları için Moretto otomasyon çözümleri

Ekstrüzyon hatları için Moretto otomasyon çözümleri

Friday, 31 January 2020

Moretto, balonlu film ambalajı ekstrüzyonu, film e...

Readmore

ÜRÜN / PRODUCTS

Setting
Yağlı gıdalara temas eden uygulamalar için yeni THERMOLAST® K bileşikleri

Yağlı gıdalara temas eden uygulamalar için yeni THERMOLAST® K bileşikleri

Tuesday, 10 December 2019

Kraiburg TPE, gıdayla temas gerektiren uygulamalar...

Readmore

Sapro 2019’da yüzde 12 büyüme kaydetti

Sapro 2019’da yüzde 12 büyüme kaydetti

Friday, 31 January 2020

30 yıldır altı kıtaya gerçekleştirdiği ihracatla, ...

Readmore

En avantajlı geri dönüşüm malzemesi plastiktir

En avantajlı geri dönüşüm malzemesi plastiktir

Friday, 31 January 2020

Sorumlu ve bilinçli kullanıldığında en avantajlı g...

Readmore

MAKALE / ARTICLE

Setting
Işığa Duyarlı Şekil Hafızalı Polimerler

Işığa Duyarlı Şekil Hafızalı Polimerler

Monday, 09 December 2019

Özet

Işığa duyarlı şekil hafızalı polimerler (IDŞHP...

Readmore

Metalize Filmlerin Üretimi ve Kullanım Alanları

Metalize Filmlerin Üretimi ve Kullanım Alanları

Friday, 31 January 2020

Özet

Vakum ortamında polimerik film üzerine metalik...

Readmore

Kauçuk Kaplı Silindirlerin Üretimi ve Genel Özellikleri

Kauçuk Kaplı Silindirlerin Üretimi ve Genel Özellikleri

Friday, 31 January 2020

Özet

Kauçuk kaplı silindirler, tekstil, polimer esa...

Readmore

RÖPORTAJ / INTERVIEW

Setting
Plastik işleme ve hammadde sektörünün ihale portalı Pi Dünya

Plastik işleme ve hammadde sektörünün ihale portalı Pi Dünya

Monday, 09 December 2019


Yağmur Fuarcılık Genel Koordinatörü Sayın Berivan ...

Readmore

Üretimin olduğu her alanda FANUC olarak yer alıyoruz

Üretimin olduğu her alanda FANUC olarak yer alıyoruz

Friday, 31 January 2020

FANUC, CNC kontrol sistemleri, robotlar, Robodrill...

Readmore

Sektörümüzde birçok alanda ilkleri gerçekleştiren bir şirketiz

Sektörümüzde birçok alanda ilkleri gerçekleştiren bir şirketiz

Friday, 31 January 2020


50 yılı aşkın süredir Toyo Ink Group çatısı altınd...

Readmore

Reklam Alanı

Reklam Alanı

Reklam Alanı

Reklam Alanı

Reklam Alanı