PolimerNedir.comPolimerler hakkında bilmek istediğiniz herşey burada

Toyota laboratuvarlarında çalışan araştırmacıların 1985 yılında yarattıkları ilk polimer-kil nanokompozitlerden bugüne devinim kazanan polimer nanokompozit bilimi, güçlendirilmiş mühendislik malzemeleri geliştirmek için her geçen gün ilerliyor. Plastik sektöründe büyük paya sahip otomotiv ve paketleme endüstrilerinde kullanımı hızla artan polimer nanokompozitlerin, 2020 senesinde toplam kullanımı, sadece Amerika’da 3 milyon tona ulaşacağı tahmin ediliyor.

Nanokompozitler üstün fiziksel, ısıl, ve diğer benzersiz özellikler göstererek yüksek performans uygulamalarında kullanılan malzemelerdir. Montmorilonit kil gibi nanoparçacıklar saf polimere eklendiğinde hemen hemen bütün performans özelliklerini geliştirir. Nanoparçacıklarla güçlendirilen polimerlerin mukavemeti, iletkenliği, gaz geçirgenliği, şeffaflık ve yanmazlık gibi özellikleri iyileştirilerek, modifiye edilmemiş polimerlere göre daha çeşitli alanlarda polimer bazlı malzemelerin kullanılmasını imkanlı kılmaktadır.

Özellikle nanokompozitlerde kullanılan malzemelerin fiyatlarının düşmesiyle ve kompozitlerin hazırlanmasındaki teknik zorlukların çözülmesiyle birlikte polimer nanokompozitlerinin kullanımı son yıllarda artmaya başladı. Büyük bir heyecanla ilerleyen araştırmalar, killer, karbon nanotüpler ve metal/metal oksitler olmak üzere, 3 ana nano-katkı maddesinin kullanımına dayanıyor.

Üretilen nanokompozitlerin %80′i otomotiv, havacılık ve paketleme endüstrisinde kullanılıyor. Nanokompozit tüketimini tetikleyen faktörlerin başında üretilen yapı elemanların ağırlığının azalması ve bu sebeple enerji tüketiminin düşmesi gelirken; iyileştirilen mukavemet ve ısıl kararlılık da etken rol oynuyor. Özellikle termoplastik nanokompozitlerin yoğun olarak kullanıldığı plastik sektöründe, General Motors ve Montell gibi firmalar otomotiv parçalarının ağırlığını azaltan ve düşük sıcaklıklarda darbe dayanımını arttıran termoplastik olefin nanokompozitleri kullanmaya başladılar. Poliolefinlerde yaygın olarak kullanılan ve polimere ağırlıkça %10 ile %30 arasında eklenen kalsiyum karbonat gibi katkı maddelerinin tersine, nanokiller ağırlıkça %2.5 gibi çok daha düşük seviyelerde kullanılıyorlar ve malzemenin daha iyi performans sergilemesini sağlıyorlar.

Paketleme endüstrisinde ise, üstün oksijen ve karbon dioksit bariyeri özelliği olan nanokil katkı maddelerini içeren naylon kullanılarak çok katmanlı polietilen terafitalat (PET) şişeler ve yiyecek paketleri üretiliyor. Avrupa’da ve Amerika’da kullanılan gazlı ve alkollü içecek şişeleri gibi ticari ürünlerde nanokompozit teknolojisi kullanılarak ürünlerin esnekliği, yırtılmaya ve delinmeye karşı direnci ve nem kontrolü arttırılarak, raf ömürleri uzatılıyor.

Enerji endüstrisinde kullanılan polimer nanokompozitler, yenilenebilir enerji platformlarının çevreye duyarlı, daha ucuz ve daha yüksek verimlilik ile üretilmesini sağlayabilir. Nanokompozitlerde görülen gelişmeler sayesinde üretilen membranlar  (membrane) ile yakıt hücrelerinin daha ucuz ve daha küçük üretilmesini sağlıyor. Nanoyapıda malzemelerin kullanılmasıyla üretilen yeni nesil pil teknolojilerinin de gelişmesini sağlayan polimer nanokompozitler, hem katı hem de sıvı bazlı, tekrar şarj edilebilir pillerin üretimini mümkün kılıyor.

Nanoteknolojinin ve polimer nanokompozitlerin en çok geliştirme kaydettiği ve gelecekte daha büyük buluşlara imza atılacak sektörlerin başında biyomedikal endüstrisi geliyor. Nanokompozitlerin sağladığı birçok esnekliği kullanan biyomedikal endüstrisinde, protein terapisinden kontrollü ilaç salınımına, tıbbi teçhizattan protez uzuvlara kadar geniş bir alanda nanoteknolojiyi görmek mümkün. Ancak, diğer sektörlerden farklı olarak, biyomedikal ürünlerin biyo-uyumluluk, biyo-çözünürlük, mekanik özellikler ve estetik gibi belirli ölçütlere de sahip olması gerekiyor.

1991 yılında Sumio İijima’nın bulduğu karbon nanotüplerle apayrı bir çağa giren malzeme ve polimer bilimleri, polimer nanokompozitlerin iletken malzeme üretiminde de kullanılmasının yolunu açtı. Nanokiller gibi polimer reçinenin mukavemetini arttıran karbon nanotüpler, iletkenliği ve gaz geçirgenlik özelliklerini de iyileştirdi. Ayrıca, elektromanyetik kalkan ve güçlendirilmiş tekstil ürünleri gibi uygulamalarda da karbon nanotüp içeren nanokompozitler kullanılmaya başlandı. Son yıllarda ise karbon nanotüpler bir substrat (yüzey) olarak kullanılarak, tüp üzerinde DNA zinciri gibi biyolojik makro-moleküllerin oluşturulması sağlandı.

Nanokiller ve karbon nanotüplere ek olarak, geniş araştırmaların yapıldığı nanometal ve nanometal oksit parçacıklar sadece mekanik güçlendirmede değil; optik, manyetik ve elektriksel özellikleri iyileştirip yüksek performans uygulamalarında kullanılacak polimer nanokompozitler yaratmak için kullanılıyor. Metal ve metal oksit nanoparçacıklı nanokompozitler üzerinde dünyanın her yerinde araştırmalar yapılmasına rağmen, bu malzemeler ticari hayata geçiş sürecinin daha başında yer alıyor. Şimdilik kozmetik ürünlerinde ağırlıklı olarak kullanılan metal oksit nanoparçacıkların (titanyum dioksit gibi),  önümüzdeki yıllarda daha farklı uygulamalarda kullanılması bekleniyor.

Polimer matrise katı halde eklenen ve proses sırasında ve sonunda hala katı halde bulunan nanokiller, nanotüpler, ya da nanoparçacıklar polimer nanokompozit teknolojisinin sadece bir dalını oluşturuyor. Diğer bir dalını ise prosesten önce katı halde eklenen ancak proses sırasında sıvı hale geçerek polimerle karışım oluşturan ve proses sonunda ise atomların ya da moleküllerin birbiriyle birleşmesiyle, ya da moleküllerin belirli bir düzeni tercih etmesiyle, nano-ölçekte yapılar oluşturan maddeler oluşturuyor. Tabandan-tepeye yaklaşım (bottom-up approach)adı verilen bu yeni teknoloji, polimer nanokompozitlerin gelecekteki seyrine farklı yönler verecek bir metod. Böylece, yapısal karakterleri küçük ölçekte kontrol edilebilen ve istenilen yapının polimer içinde büyütüldüğü malzemelerin üretilmesi mümkün olabilecek. Malzeme tasarımının moleküler boyuttan makro boyuta doğru kontrol edilebileği teknolojiler sayesinde istenilen performans özellikleri kontrollü bir şekilde elde edilebilir.

Kaynak: Polymer Engineering (Ocak, 2010); ScienceDaily (Aralık, 2009); ScienceDaily (Ocak, 2010); Freedonia Group. Resimler: Nanokompozit, Karbon Nanotüp

* En temel tanımıyla, iki ya da daha fazla malzemenin birlikte tek bir yapı içinde, yeni bir malzeme olarak kullanılmasıyla elde edilen malzemelere kompozit adı verilir. Geleneksel kompozitler, epoksi reçinenin içine cam elyafların katılmasıyla elde edilir. Günümüzde ise kompozit tanımı daha ileri teknoloji ve daha yüksek performans malzemeleri içermektedir. Nanokompozit nedir sorusuna gelince, “nano” kelime anlamı olarak milyarda bir anlamına gelir. Mesela nanometre, metrenin milyarda birine eşit olan uzunluk birimidir. Bilimsel birimle göstermek gerekirse, 1nanometre =10^-9metre demektir. Nanoteknoloji, kesin kabul edilmiş bir tanımı olmamasına rağmen, genellikle 1nm ile 100nm arasında yapıların üretilmesi, incelenmesi ve geliştirilmesine verilen isimdir. Nanokompozitler ise, 1nm ile 100nm arasında maddeleri yapısında içeren kompozit malzemelerdir.

Polimer nanoteknolojisiyle ilgili diğer haberler için,

Kanamayı Durduran Nanoteknoloji

Nanoteknoloji ile Zararlı Işınlar Algılanacak

Kendi Kendini Temizleyen Yüzeyler

Daha fazlası için…

Bu yazı toplamda 582, bugün ise 1 kez görüntülenmiş