Bilgiustam
Türkiye'nin Bilgi Sitesi

Termal Kaynaklı Şekil Hafızalı Polimerler

0 44

Bu şekil hafızalı polimerler (SMP) arasında, termoreponsif SMP’ler en yaygın tiptir. Termal olarak indüklenmiş şekil hafızalı polimerler, biyomedikal alanlarda ilaç dağıtımı, implante etme, sütür ve yara iyileşmesi gibi geniş bir uygulama alanına sahiptir. Termo yanıtlı şekil hafızalı polimerlerin genel termomekanik döngüsü, makroskopik düzeyde bazı adımlardan oluşur. Bu adımlar aşağıdaki gibidir:
• Programlama
• Depolama
• Kurtarma
İlk aşamada, şekil hafızalı polimerleri orijinal bir şekle dönüştürmektir. İkinci aşamada ise, polimer termal geçiş sıcaklığının (T trans) üzerinde ısıtılır ve bu sıcaklık, erime sıcaklığı Tm veya cam geçiş sıcaklığı Tg olabilir. Polimer T trans halindeyken, uygulanan bir dış kuvvet onu deforme eder ve termal geçiş sıcaklığının altına soğutulur. Soğutulduğunda, geçici olarak önceden deforme olmuş şekli korumak için uygulanan kuvvet kaldırılır. Son aşamada, önceden deforme olmuş şekil hafızalı polimer T trans’in üzerinde ısıtılır, şekil geri kazanımı gözlemlenir ve SMP orijinal şekline kavuşur.
Termal Kaynaklı Şekil Hafızalı PolimerlerMoleküler düzeyde, şekil hafızalı polimerler, çapraz bağlantılar ve anahtarlama segmentleri olan iki bileşeni sayesinde şekil hafızası etkisi sunar. Bu SMP’ler, kimyasal olarak çapraz bağlı ağları veya fiziksel olarak çapraz bağlı kopolimerleri içerebilir. Fiziksel olarak çapraz bağlı kopolimerler, genellikle sert ve anahtarlamalı segmentlere sahip doğrusal blok kopolimerlerden yapılır. Kalıcı şekilleri sert segmentlerle stabilize edilirken, geçici şekli segmentleri değiştirerek sabitlenir. Çapraz bağlantılar, kovalent bağlar ve fiziksel etkileşimler (yani moleküler dolaşıklıklar) tarafından oluşturulur. Kovalent olarak çapraz bağlanmış şekil hafızalı polimerler için, malzemelerin yeniden şekillendirilmesi zordur çünkü şekil kovalent bağlarla sabitlenir. Bu tür polimerlere termosetler denir.
Polimer, fiziksel çapraz bağlanma durumunda iki ayrı alan içerir ve bu alan, sert ve geri dönüşümlü anahtarlama bölümleri olan iki bölümden oluşur. Net nokta görevi gören sert segment, en yüksek termal geçiş sıcaklığı ile ilgilidir. Tersinir anahtarlama segmenti veya moleküler anahtarlar, ikinci en yüksek termal geçiş sıcaklığı ile ilgilidir. Bu tür polimerlere termoplastikler denir. Şekil belleği işlemi sırasında sert ve yumuşak bölümleri göstermektedir. Çizgiler net noktaları gösterir ve kare noktalar anahtarlama segmentlerini gösterir. Rousseau vd. epoksi polimerlerin (neopentil glikol diglisidil eter NGDE) çapraz bağlantı yoğunluğunu ve zincir esnekliğini değiştirerek ayarlanabilir cam geçiş sıcaklıklarına sahip olduğunu bildirmiştir. Ayrıca 89 o C’ye kadar değişen, mükemmel şekil sabitliği ve düzelme olduğunu gözlemlemiştir.
Zhou vd. PDLLA/HA (poli D, L-laktit ko-glikolid/hidroksiapatit) kompozitlerinin istenen şekil belleği etkilerine sahip olduğunu ve kompozitlerdeki HA parçacıklarının miktarının şekil belleğinin geri kazanılmasında önemli bir rol oynadığını bildirmiştir. PDLLA, şekil hafızası etkisi, biyolojik olarak parçalanabilirlik, biyouyumluluk ve daha kolay kullanılabilirlik özelliklerine sahiptir. Ayrıca HA’nın osteokondüktivitesi gibi dikkat çekici özelliklere sahip olduğundan, bu kompozitler minimal invaziv cerrahi (MIS), kemik ve doku onarımı gibi biyomedikal uygulamalarda potansiyele sahiptir. Lendlein vd. sırasıyla anahtarlama ve sert segmentler olarak oligo (ε-kaprolakton) diol (OGL) ve kristalize olabilen oligo (p-dioksanon) (ODX) içeren ısıya duyarlı bir şekil hafızalı polimer geliştirmiştir.
Bu termoplastik SMP’nin lifi, lifi gevşek bir şekilde düğümlemek ve ardından sıcaklık T transmisyonuna yükseldiğinde, sütür büzüştüğünde ve düğüm sıkıldığında yarayı kapatmak için kullanılmıştır. Bu nedenle, bu tür materyallerin yeni cerrahi cihazlar tasarlamak için kullanılabileceği öne sürülmüştür. Başka bir çalışmada Ashby ve ekibi poli (-kaprolakton) (PCL) ve poli (oktilen adipat-ko-mezo-2,5-diazodipat) şekil hafızalı polimerlerin sıcaklık değiştirme ile harekete geçirildiğini bildirmişlerdir. Bu yeni geliştirilmiş SMP’nin biyomedikal alanda potansiyel uygulamaları vardır.

Termal Kaynaklı Şekil Hafızalı PolimerlerTek Yönlü (Çift) Şekilli Bellek Etkisi (1W-SME)

SMP’ye harici bir uyarı uygulandığında, geçici şekil kalıcı bir şekil haline gelir. Ve geçici şekli tekrar elde etmek için başka bir dış kuvvet veya stres gereklidir. Bu prosedür, şekil belleği davranışının geri döndürülemez veya tek yönlü olduğunu ve geniş bir uygulama yelpazesine sahip olduğunu göstermektedir. Bu prosedür aşağıdaki gibidir:
• Polimer şekil bellek etkisinin prosedürleri vardır ve bunlar aşağıdaki gibidir:
• Şekil belleği olan polimer bir geçiş sıcaklığına veya deformasyon sıcaklığına sahiptir.
• SMP’ye bir deformasyon kuvveti uygulanır yani, yükleme veya gerilim.
• SMP yük altında soğutulur.
• SMP den yük kaldırılır ve geçici şekil olan deforme olan şekil sabitlenir.
• Şekil sabitlemeden sonra, geçici şekillendirilmiş SMP’nin üzerine hiçbir gerilim uygulanmadığında bir kurtarma sıcaklığına (Tr) yeniden ısıtılmasıyla şekil kurtarma elde edilir.
• Son olarak, SMP’nin orijinal (kalıcı) şekli geri kazanılır.
Bununla birlikte bir şekil hafıza işlemi bu prosedürü takip ederse, buna çift şekilli hafıza etkisi denir. Ayrıca anahtarlama alanları ve termal geçiş sıcaklığı çeşitleri vardır ve bunlar aşağıdaki gibidir:
• Erime geçişi (T trans = Tm),
• Sıvı kristalin geçiş (Ttrans = TLC)
• Cam geçiş (Ttrans = Tg)
Cam geçiş bu termal geçiş sıcaklığı olarak alınabilir, bununla birlikte, erime ve sıvı kristal faz geçişleri genellikle nispeten küçük sıcaklıklara işaretlenir. Şekil hafızalı polimerin makroskopik şekline bakıldığında, kalıcı bir şekle sahip olduğunda moleküler zincirleri, SMP konformasyonunun en yüksek entropisi nedeniyle termodinamik olarak kararlıdır. SMP, T trans üzerinde ısıtıldığında, zincir hareketliliği tetiklenir. Düşük entropi durumu ve uygulanan stres sonrası makroskopik şekil değişikliği nedeniyle, SMP’nin zincir konformasyonları değiştirilir. Son olarak, SMP T trans altında soğutulduğunda, moleküler zincir segmentleri, daha düşük entropi durumunun kinetik olarak yakalanmasıyla donar. Bunun sonucunda makroskopik şekil sabitliği elde edilir. Son aşamada deforme olmuş SMP Ttrans’ın üzerinde ısıtılırken, herhangi bir gerilim uygulanmadığında zincir hareketliliği tekrar devreye girer. Böylece moleküler zincirler en yüksek entropisini geri kazanır.
Temel olarak şekil hafızalı polimerler, bir tür tek yönlü şekil hafıza etkisi olan uygulanan baskı altında orijinal ve geçici şekil arasında şekillerini değiştirebilirler. Tek yönlü şekil hafıza efektinin başka bir türü de üçlü şekil hafıza efektidir. Üçlü şekil bellek etkisinin (TSME) temel farkı, orijinal ve geçici şekilleri arasında bir ara şekle sahip olmasıdır. Birden fazla ara şekil varsa, buna daha karmaşık bir hareket üretimi için çoklu şekil belleği etkisi denir. Polimer karışımları, aşılama ve bloke edici kopolimerler, SMP hibritleri ve polimer laminatlar, üçlü şekil belleği etkilerini yönetmenin yollarından bazılarıdır.
Kumar vd. aşılanmış polimer ağının kristalize edilebilir poli yan zincirler içerdiğini ve polinin üçlü şekil hafıza etkisi gösterdiğini bildirmiştir. Ayrıca, polialkenemer ve poliolefin bazlı polimer karışımları Cuevas ve diğerleri tarafından kullanılmıştır. Ve iki yarı kristalli polimer olan üçlü şekil hafızalı polimerler geliştirmek için yapılmıştır. Xie vd iki çift şekilli hafızalı polimerden oluşan polimerik çift tabakalar geliştirmiş ve bu yeni şekil hafızalı polimer çift tabakalı üçlü şekil hafıza etkisi göstermiştir. Ayrıca, Xie, perflorosülfonik asit iyonomerinin malzeme bileşiminde herhangi bir değişiklik olmaksızın ikili, üçlü ve dörtlü içeren ayarlanabilir şekil belleği etkisi gösterebildiğini bildirmiştir.

Termal Kaynaklı Şekil Hafızalı Polimerlerİki Yönlü Şekil Bellek Etkisi (2W-SME)

Tipik SMP’lerin çoğu tek yönlü şekil belleği etkisi gösterir. İki yönlü şekil belleği etkisi olan farklı bir KOBİ türü, sıvı kristal elastomerlerde ve ışıkla çalıştırılan deformasyon polimerlerinde gözlemlenebilir. 2W-KOBİ oldukça faydalı olabilir; ancak yüksek maliyeti, yaygın kullanımı için bir engel teşkil etmektedir. 2W-SME işleminde, sırasıyla soğutma ve ısıtma sırasında kristalleşmeyle indüklenen bir uzama ve erime kaynaklı büzülme gözlemlenir. Bu durum sıvı kristal yapının oluşumundan kaynaklanmıştır. Chen vd. SMP laminatın iki yönlü şekil bellek davranışının 25 ° C’den 60 ° C’ye ısıtıldığında ve 60 ° C’den 25 ° C’ye soğutulduktan sonra ters bükülme ile gözlendiğini bildirmiştir. Lamine katmanlar, poliüretan sergileyen şekil belleğinden hazırlanmıştır. Zhou vd. kendi kendine katlanan poli (oktilen adipat) (POA) geliştirmiştir. Geleneksel tek yönlü geri döndürülemez şekil belleğini göstermektedir. Ve bu bunun yanı sıra, bu SMP ısıtma sırasında tek yönlü tersine çevrilebilir şekil belleği, ısıtma ve soğutma döngüleri üzerine iki yönlü tersine çevrilebilir şekil belleği oluşturabilir. Bu yarı kristalli elastomerin kimyasal çapraz bağları, orijinal şeklin ezberlenmesinden sorumludur, fiziksel ağ ise geçici şekli oluşturur.

Kaynakça:
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2017/ta/c7ta01474k
https://cyberleninka.org/article/n/1439601.pdf

Yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu

Bunları da beğenebilirsin

Cevap bırakın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.

Bu web sitesi deneyiminizi geliştirmek için çerezleri kullanır. Bununla iyi olduğunuzu varsayacağız, ancak isterseniz vazgeçebilirsiniz. Kabul etmek Mesajları Oku