Dünyayı değiştirebilecek sentetik maddeler

Kimya bilimindeki ilerlemeler sonucunda yeni malzemelerin bulunmasıyla bu alanda önemli teknolojik gelişmeler meydana geldi. “theconversation.com” sitesinde yayımlanan, Heriot-Watt Üniversitesi’nden Mühendislik ve Fizik Bilimleri Doçenti Valeria Arrighi imzalı makalede geleceğimizi şekillendirecek beş polimer türüne yer verildi.

 Makalede,  malzeme alanındaki sentetik malzemelerin öyküsü DuPont araştırma bölümünde insan eliyle üretilen ilk sentetik elyaf olan naylonun New York Dünya Fuarı 1939-40’da kamuoyuna takdim edilmesiyle başlatılıyor. Naylon o tarihte “kömür, su ve hava gibi en yaygın hammaddelerden imal edilen” ve filamentleri/iplikleri “çelik kadar güçlü” hale getiren bir madde olarak tanıtılıyor.

Bilindiği üzere daha sonra malzeme alanında benzersiz gelişmeler kayda geçti.  Kimyacılar belirli bir kullanıma yönelik olarak uygun özellikler elde etmek amacıyla yeni katalizörler ve küçük molekülleri uzun polimer zincirlerine katmak için yeni yollar geliştirdiler; örneğin halılarda kullanmak için polipropilen elyaflar, plastik şişe yapımı için polietilen gibi…

Fizikçiler, malzeme bilimcileri ve mühendisler yeni proses yöntemleri ve süper dayanıklı kevlar gibi yeni malzemeler oluşturmak için teknolojiler tasarladılar. Ancak aynı zamanda talep de giderek arttı. Günümüzde bir yandan yaşamın kalitesini arttıracak yeni ürünler beklerken bunun yanı sıra enerji açısından daha verimli, sürdürülebilir özellikte ve küresel kirlenmeyi azaltabilecek madde ve teknolojiler arayışı içindeyiz.

Makalede, geleceğimizi şekillendirecek beş polimer çeşidi özetle şu şekilde aktarılıyor:

1-Biyoplastikler

Bilindiği üzere plastikler doğada bozulmadığı için çevre kirliliğinin önemli, üstelik de en görülür nedenlerinden biri olarak sayılıyor. Ayrıca bu maddelerin yapıtaşları olan monomerlerin hammaddesi de yenilenebilir bir kaynak olmayan petroldür. Günümüzde yeni enzim ve katalizörler kullanılarak geliştirilen proseslerle biyogaz gibi yenilenebilir kaynaklardan plastik ve sentetik lastiklerinin temel yapı taşlarını üretmek giderek daha da mümkün olmaya başladı. Bu şekilde fosil yakıtlardan tasarruf edilmesi de sağlanmakta. Ancak bunlar biyolojik olarak doğada çözünür olmalı; aksi takdirde çevre sorunumuz devam ediyor demektir.

2-Plastik kompozitler/nanokompozitler

Plastik kompozitler, plastiklerin, onları daha dayanıklı ve daha elastik yapmak üzere bazı farklı liflerle güçlendirilmesi demektir. Örneğin, bir polimeri karbon liflerle daha güçlü hale getirip daha hafif bir malzeme oluşturabilir ve verimli taşımacılık için uygun bir malzeme geliştirilmiş olur. Nitekim bu tür güçlendirilmiş malzemelerden özellikle hava ve uzay endüstrisinde (Boeing 787 ve Airbus A360 yüzde 50 kompozit kullanmaktadır) yararlanılmaktadır. Bu malzemelerin tüm taşıt araçlarında kullanılmamasının nedeni maliyetlerinin yüksek olmasıdır.

Bu alanda devreye yeni giren diğer malzemeler de nanokompozitlerdir. Bu teknolojide plastikler grafen dahil başka malzemelerin moleküler düzeydeki parçacıkları ile takviye edilmektedir. Bunların potansiyel kullanım alanları rüzgar türbinleri üzerindeki hafif sensörlerden kırık kemiklerin iyileştirilmesini hızlandıran vücut içi iskelet parçalarına kadar çeşitlenebilmektedir.

Nanokompozitler kontrollü bir şekilde tasarlanabilirse çok daha fazla umut verecektir. Doğal malzemelere, örneğin odunun yapısına bakılacak olursa çok komplike ve karışık bir yapısı olduğu görülecektir. Şimdiki kompozit malzemeler ve nanokompozitler onların yanında henüz pek de sofistike malzemeler değildir. 

3-Kendini yenileyen polimerler

Kullanacağımız malzemeleri mekanik streslere ve çevre koşullarına karşı ne kadar dayanıklı seçersek seçelim yine de zamanla yetersiz hale gelebilecektir. Fatik ya da darbeler sonucunda yaşlanma, mekanik bütünlüğün kaybı gibi sonuçlarla karşılaşılabilmektedir. Bu durumun sadece parasal maliyeti söz konusu değildir; 2010 yılında Meksika Körfezi’nde yaşanan Deepwater Horizon petrol kuyusundaki patlamada olduğu  gibi felaket düzeyinde sonuçları da olabilmektedir.

Biyolojik sistemlerden esinlenilerek, daha önce geri döndürülemez olarak nitelendirilen hasarlara karşı kendini yenileyebilen yeni malzemeler geliştirilmektedir. Bu tür malzemeler sadece polimerlerden oluşmamakta, ama polimerler bu konuda iyi performans göstermektedir.İlk kez bu yüzyılın başında ortaya çıktığı düşünülürse, önümüzdeki birkaç yıl içinde birçok kendini yenileyen sistemin gündeme geleceği söylenebilir.

Bu konudaki esas önemli husus, kendini yenileyen polimerlerin tasarımın çok daha karmaşık olduğu dikkate alınarak bu gelişmeleri büyük hacimli uygulamalara doğru yaygınlaştırabilmek olacak. Uzun süre dayanımlı , hatalara karşı esnek bu maddelerin kullanımının gelecekte kaplama, elektronik ve taşımacılık alanlarında yoğunlaşması bekleniyor.

4-Plastik elektronikler

Çoğu polimer izolasyon özelliğine sahiptir ve dolayısıyla elektriği iletmez. Ancak 2000 yılında Nobel ödülünün, poliasetilenin “doping” denilen yöntemle bazı maddeler kullanılarak iletken hale getirilmesini sağlayan kimyacılara verilmesi sonrasında bu alandaki araştırmalar arttı. Sadece bununla kalmayıp, polimerlerin ışık yayan diyotlara (LED) dönüştürülmesiyle esnek bilgisayar ekranlarının yapılmasına yönelik beklentiler de gündeme geldi.  Silikon ve organik LED gibi yerleşik rakipleri olmakla birlikte polimerler bu alanda da önemli gelecek vaat etmekte. Bu alanda çok geniş bir araştırma potansiyeli bulunmakta olup, polimerler kimi zaman aktif bileşen rolünü oynarken kimi zaman da iletken mürekkeplerde olduğu gibi diğer malzemeler için yardımcı bir araç yerine geçmektedir.

5-Akıllı ve reaktif polimerler

Jel ve sentetik lastikler çevredeki değişimlere cevap vererek dış uyarılar karşısında şekil değiştirebilmektedir. Dış uyarılar genelde sıcaklıktaki veya  asitlik/alkalinitedeki değişiklikler olabilmekte, ama bu durum esasen ışık, ses ötesi veya kimyasal ajanlardan ileri gelmektedir. Bu özellikler sensörler, ilaç salım sistemleri ve diğer uygulamalar için akıllı malzemelerin tasarlanmasında son derece yararlı olmaktadır.

Polimerlerin doğal özellikleri istenen amaca göre bu tür uyarıcılara cevap veren bir hale getirilebilmektedir. Örneğin mechanophores,  mekanik kuvvetlere maruz kaldığında bir polimerin özelliklerini değiştiren moleküllerdir. Bunun, özellikle kendini yenileyen teknoloji ile birlikte ele alındığında, birçok endüstriyel uygulama alanı olabilmektedir. Örneğin kirlendiğinde kendini yıkayan pencere kaplamaları, yara iyileştiğinde yok olan medikal dikişler gibi alanlar da akıllı polimerlerin diğer uygulamaları arasında sayılabilir.

http://theconversation.com/five-synthetic-materials-with-the-power-to-change-the-world-37131