Selüloz Nanokristalit(nanowhisker) Takviyeli Sıcaklık-Su Duyarlı Poliüretan Kompozit Yapıların Tekstil Uygulamaları

Yükseköğretim Kurumları Destekli Proje, BAP Doktora, 2017 - 2020

Proje Türü: Yükseköğretim Kurumları Destekli Proje
Destek Programı: BAP Doktora
Başlama Tarihi: Mayıs 2017
Bitiş Tarihi: Mart 2020

Proje Özeti

Şekil hafızalı polimerler; sahip oldukları orijinal şekillerini hafızalarında koruyarak sıcaklık, ışık, elektrik, pH, su/nem, manyetik alan, solvent (çözücü) ve iyonik kuvvet gibi çeşitli çevresel uyaranların etkisiyle geçici şekilden orijinal (kalıcı) şekline geri dönüş yeteneğine sahiptir. Günümüzde şekil hafızalı polimerlerle ilgili yapılan çalışmaların çoğu sahip oldukları geniş kullanım alanlarından dolayı sıcaklık duyarlı şekil hafızalı polimerlerle ilgilidir. Sıcaklık duyarlı şekil hafızalı polimerler arasında sistematik bilgi birikiminin en çok olduğu şekil hafıza özellikli poliüretanlar, geniş sıcaklık aralığında değişen geçiş sıcaklığına sahip olmaları, kolay şekillendirilebilmeleri, geniş yelpazeye yayılan hammadde ve katkı maddeleri potansiyelleri ile dikkat çekmektedir. Bununla birlikte, biyomedikal ve doku mühendisliği gibi bazı alanlarda uygulama sıcaklığı 37 °C veya oda sıcaklığı gibi dar bir sıcaklık aralığı ile sınırlıdır. Bu nedenle özelikle son yıllarda termal olmayan uyaranlara karşı duyarlı şekil hafıza etkisine sahip polimerik yapıların geliştirilmesine ihtiyaç duyulmaktadır. Bu noktada polimerlerin su/nem etkisi ile polimer matrisinde sergilediği düşük geçiş sıcaklığına bağlı olarak şekil değiştirme özelliği gösteren su/neme duyarlı şekil hafızalı polimerler dikkat çekmektedir. Bu tip şekil hafızalı polimerlerde su molekülleri polimerin amorf bölgesine nüfuz ederek moleküller arası hidrojen bağlarının kopması sonucu makro moleküllerin esnekliğini artıran plastikleştirme etkisi göstermektedir. Plastikleştirme etkisi ile şekil hafızalı polimerlerin camsı geçiş sıcaklığı oda sıcaklığının altındaki bir sıcaklığa düşebilmektedir. Bu fonksiyonlar şekil hafızalı polimerlerde şekil geri dönüşümüne neden olmaktadır. Bununla birlikte su/neme duyarlı şekil hafıza etkisine sahip polimerler; düşük elastik modül, sertlik, mukavemet özellikleri, yavaş difüzyon işlemi nedeniyle şekil geri dönüşümünün uzun sürelerde gerçekleşmesi ve polimer tarafından absorbe edilen suyun uzaklaştırılmasının zor olması gibi bazı dezavantajlara sahiptir. Özellikle kimyasal moleküler tasarımın karmaşıklığı ve suyla indüklenme özelliğinin polimer segmentlerinin yapısal özelliğine bağlı olarak değişmesi nedeniyle suya duyarlı şekil hafıza etkisine sahip polimerik yapıların elde edilmesi için son yıllarda kompozit/nanokompozit malzemelere odaklanılmıştır.

Selüloz nanokristalitler (nanowhisker) (CNC), selüloz zincirlerinin güçlü hidrojen bağ etkileşimleri ile kompakt bir şekilde düzenlendiği neredeyse mükemmel kristal yapısına sahiptir. Yüksek kristalinite, mukavemet ve 138-200 GPa' ya kadar yüksek sertlik, düşük yoğunluk, yenilenebilir ve biyo-bozunur ve eşsiz yüzey kimyası nedeniyle CNCler polimerik nanokompozit yapılarda nano dolgu (filler) malzemesi olarak kullanımı son yıllarda ilgi çekmektedir. Belirtilen özelliklerin yanı sıra CNClerin nano dolgu malzemesi olarak kullanımı ile takviye etkisi yerine su molekülleri ile tersinir olarak ayarlanabilen hidrojen bağlarının oluşturduğu perkolasyon ağına bağlı olarak su/neme duyarlı şekil hafıza etkisi elde edilebilmektedir.

Tez çalışması kapsamında bahsedilen hususlara dikkat edilerek su/neme duyarlı şekil hafıza etkisine sahip malzemelerin elde edilmesinde, kimyasal moleküler tasarım yöntemlerinin karmaşıklığı ve uygulama zorluğu nedeniyle, kompozit yapıların kullanılması tercih edilmiştir. Termal ve su/neme duyarlı şekil hafıza etkisine sahip tekstil malzemelerinin üretiminde sıcaklık duyarlı termoplastik poliüretan polimer matrise selüloz nanokristalitlerin(nanowhisker) anahtar geçiş elemanı olarak eklenmesi ile elde edilen nanokompozitlerin kullanılması planlanmaktadır. Elde edilecek olan nanokompozit yapılar, polimer matrisin doğası gereği termal duyarlılık özelliğini korurken, nano dolgu (nanofiller) maddesinin sahip olduğu özellikler nedeniyle su/neme karşı duyarlı şekil hafıza etkisine sahip olmaktadır. Buradan hareketle bu tez çalışmasında, farklı çevresel tepkilere karşı duyarlı fonksiyonel şekil hafızalı polimerik kompozit yapılar ve bu yapıların farklı yöntemlerle lif formuna getirilmesi ve kompozit yapının çeşitli kumaş yapılarına kaplama/film formunda uygulamaları sağlanacaktır. Elde edilen tekstil yapılarına standart polimer karakterizasyon testlerinin yanı sıra, lif veya kumaş formunda standart fiziksel, mekanik, sıvı absorbsiyon testleri ile literatüre dayalı veya yeni geliştirilen şekil hafıza performans testleri uygulanarak optimum şekil hafıza etkisine sahip yüzeyler konusunda sonuçlar ortaya konacaktır. Konuyla ilgili literatür incelendiğinde selüloz nanokristalit/sıcaklık duyarlı termoplastik poliüretan nanokompozit malzemelerle ilgili kısıtlı sayıda çalışma bulunmaktadır. Bu noktadan hareketle tez çalışması kapsamında, selüloz nanokristalit ile takviye edilmiş multifonksiyonel şekil hafızalı tekstil yüzeylerinin üretimi ve son ürün performansını yansıtan test sonuçları konularında ulusal ve uluslar arası literatüre katkıda bulunulacağı düşünülmektedir.