2 Temmuz 2013 Salı

Biyopolimer Birleştiricileri Biyoplastiklere Yeni Kapılar Açıyor

Peter Mapleston'un Compounding World adlı derginin Haziran 2013 sayısında yayınlanan makalesinden çevrilmiştir.


Mısır ve patates gibi bitkilerden elde edilen biyopolimerlerin çevreye faydaları yüksek olsa da göreceli olarak basit ambalajlama uygulamaların ötesinde mekanik ve ısıl özellikleri açısından çok iyi performans göstermemektedirler.

Örneğin birçok değiştirilmemiş PLA polimeri, işlenme sırasında ve ya son kullanımda oldukça kırılgan ve zayıf yapıdadırlar. Polimer üreticileri ve bileştiricileri bu problemleri aşmak için yüksek miktarda efor sarfediyorlar ve oldukça etkileyici sonuçlara da ulaşabiliyorlar. Polimerleri kendileri değiştiriyorlar ve aynı zamanda alaşım ve karışımlar üzerine de çalışıyorlar. Bu karışımlar bazen diğer biyopolimerlerle bazen de geleneksel petrol bazlı plastiklerle yapılıyor.

Sonuç olarak, biyobozunurluğun önemli bir gereklilik olduğu ürünler dışında uzun ömürlü ürünlerde de uygulama alanı ortaya çıkıyor. Bu ürünlerde bazen biyobozunurluk istenmiyebiliyor ve daha çok karbon ayak izleri önem kazanıyor.

PLA ile yapılan yaratıcı bileşikler, bazen PP, PS ve ABS gibi polimerlerden daha yüksek performanslara sahip bileşiklerin elde edilmesini sağlamıştır. Önceki adı Purac olan laktid ve PLA üreticisi şimdiki Corbion da bu durumu tasdik ediyor. Corbion son zamanlarda birkaç farklı PLA karışımı üreterek özel uygulamalar için gerekli performans kriterlerini sağlama yönünde adımlar attı. Bu amaçla Corbion özellikle D ve L laktid monomerlerinin optik saflıklarına atıfta bulunuyor. Puralact adı altında pazarlanan bu laktidlerden, stereokimyasal olarak saf PLA homopolimerlerin karışımları elde edilebiliyor. Bu saf homopolimerlerde farklı oranlarda birleştirilerek istenilen özellikte karışım eldesine imkan tanıyor. Üretilen yeni PLA karışımları sayesinde, 120C'ye varan çalışma sıcaklıklarına ulaşılabiliyor, biyoplastikler için tüketici elektronik araçları, yüksek ısılı paketleme, otomobil iç panelleri ve birçok farklı yeni pazar olanakları yaratmayı amaçlıyor.

Corbion enjeksiyon ve ekztrüzyon kalıplama için bazı karışımlar önerse de PLLA ve PDLA homopolimer reçinelerine daha çok önem vererek, kendi özel formüllerini sunmak isteyen birleştiricelere sunmayı ön planda tutuyor.

Corbion'un biyobazlı homopolimer reçineleri ile elde edilecek polimer özelliklerine dair bazı örnekler tabloda görülebilir.



Natureworks adlı dünyanın en büyük PLA üreticisi de polimerin özelliklerini geliştirmek için çeşitli yolları deniyor. Firmanın global segment müdürü Frank Diodato, firmanın özellikle son aylarda opak ve transparan malzemelerin ısıl ve mekanik özelliklerini geliştirmek konusunda heyecan verici adımlar attığını belirtiyor.

PLA'nın ticari olarak satılık birçok türü, kristalleşebilse de bu süreç çok yavaş gerçekleşiyor. Fakat Ingeo HP adlı bu ay başında geliştirilen polimer 3-5 kata kadar daha hızlı ve tamamen kristalleşebiliyor ve bu sayede bozunma sıcaklığı daha yüksek polimer elde edilebiliyor.

Bu durum Ingeo HP polimerinin düşük D izomer içeriğine sahip olması ile sağlanıyor. Şimdiye kadar Ingeo çeşitleri en az %1.5 D iomerine sahipken, Ingeo HP'de sadece %0.3 oranında bulunuyor. Genel olarak ifade edilirse, bir PLA polimerinde ne kadar fazla L izomeri varsa, kristalleşme davranışı çok daha iyi gerçekleşiyor. Fakat bir diğer kural da, ne kadar fazla L izomeri bulunursa, üretim fiyatları da o kadar artıyor. Diadato bu farkın Ingeo HP için çok düşük oranda tutulacağını belirtiyor.

Ingeo HP aynı zamanda kristalleşmeyi hızlandırmak amaçlı çekirdeklendirici (nucleating agent) ve darbe attırıcı (impact modifier) da içeriyor. Biyolojik içerik ise en az %90 oranında. Diodato aynı zamanda geliştirilen bu polimer sayesinde toplam sistem maliyetlerinin de düşeceğini iddia ediyor, çünkü yerine geçebileceği birçok mühendislik termoplastik polimeri ile karşılaştırıldığı zaman daha iyi mekanik özellikler sergiliyor. Örneğin sertlik %60 daha fazla, bu da ince duvarlı ürünlerin kalıplanmasına olanak sağlayacaktır.

Bu farkı yaratacak etmenlerden bir diğeri de enjeksiyon kalıplama devir sürelerinin düşmesidir. Ürünler diğer polimerlerle kıyaslandığında kalıptan daha hızlı ayrılabilecektir. Diodato aynı zamanda ekztrüzyon profili üreticilerinden de çok fazla talep olduğunu dile getiriyor.

Ingeo HP'yi kullanan bileştiriciler daha rekabetçi ürünler de geliştirebilecekler. bu ürünler geniş işleme penceresine sahip olurken, verimlilikleri de daha yüksek olacaktır. Formulasyonlar daha basit ve düşük maliyetli hale gelecektir ve biyolojik içerik oranları da daha yüksek olacaktır.

Şeffaf plastik cephesinde ise Natureworks geçen sene Altuglas International adlı akrilik reçinelerinde uzmanlaşmış Arkema grubun şirketlerinden biriyle global pazarlama işbirliği anlaşmasına gitti. Altuglas bu anlaşma ile birlikte PMMA ve Ingeo PLA alaşımlarında oluşan yeni yüksek performanslı formüller geliştirecek. Yeni malzemeler Altuglas Rnew ya da Plexiglas Rnew olarak pazarlanacak. Bu ürün için hedef pazar ise yüksek performans, dayanıklılık ve şeffaflık gerektiren tüketim ürünleri olacak.

Diodato konuyla ilgili olarak PLA ve PMM'nın neredeyse aynı refraktif indislere sahip olduğunu ve bu sebeple de üretilen alaşımların şeffaflıklarının çok yüksek seviyede olduğunu belirtiyor. Şeffaflık PMMA seviyesinde olmasa da oldukça iyi diyor Diodato ve ekliyor: iki polimerin yarattığı sinerjik etki ile birlikte darbe ve kimyasal direnç ve akışkanlık olumlu bir şekilde etkileniyor. Darbe direnci arttırılmış şeffaf bir akrilik 0.59 J/cm'lik darbe direncine sahipken, yeni alaşımlarla bu değer neredeyse iki katına çıkarılıyor. Hala polikarbonat kadar olmasa da o yolda ilerliyor.

Natureworks aynı zamanda dünyada biyosüksinik asit konusunda pazar lideri olan BioAmber firması ile de ortaklığa girdi. Kurulan ortak şirket AmberWorks, pazara yeni yüksek performanslı biyobazlı polimerler sunma hedefiyle yola çıktı.  BioAmber PLA/PBS bileşikleri üretiyor. NaturwWorks ise yeni bir Ingeo bileşik ailesini piyasaya sunacak ve halihazırda termoform ve enjeksiyon kalıplama türlerini gıda servis ekipmanları uygulamaları için numune olarak öneriyor.

Bu yeni ürün gamı sayesinde NaturwWorks bünyesindeki ürün portföyünü genişleterek, daha önce çözüm sunamadığı alanlara da biyobazlı çözümler sunabilecek. PLA ve PBS polimerlerinin özellikleri birbirini tamamlayıcı olduğundan, iki polimerin kullanıldığı bileşikler daha geniş uygulamalara imkanlar sunabilecek.

PLA'nın özellikleri polihidroksialkonat (PHA) polimerleri ile de geliştirilebiliyor. Bu polimerler arasında poly3-hidroksibütirat (PHB) en çok bilinse de birçok farklı türleri bulunuyor. Bu alifatik polyesterler birçok mikroorganizma türü tarafından üretilebiliyor. Metabolix firması PHA üretim teknolojisinde dünya lideri. Firmanın başkan yardımcısı Robert Engle, firmanın birçok farklı polimer yapıları üretme kapasitesi olduğunu belirtiyor ve ekliyor: PHB homopolimerinden çok farklı kopolimer yapılarına kadar üretimimiz mevcut ve bu sayede farklı şeyler yapabilme özgürlüğüne sahibiz. Engle Metabolix bazı müşterilerinin Mirel malzemelerini PLA'nın yük altında eğilme sıcaklığını yükseltme amaçlı kullandığını söylüyor. Eğer bir termoform uygulamanız varsa ve mühürleme sıcaklığınız yumulama noktasına çok yakınsa, kararlılık problemleri yaşıyorsunuz. PHA'nın erime sıcaklığı PLA'dan daha yüksek olması sayesinde bu iki sıcaklık arasındaki fark da artacaktır ve üretim sırasında oluşacak çapak da azalacaktır. 

PHA aynı zamanda PLA'nın darbe direncini de arttırmaktadır. Standart darbe arttırıcılar kompostlanabilir değilken PHA'lar bu özelliktedir. PHA düşük camlaşma sıcaklığına sahip olduğundan dolayı, PLA'ya dayanıklılığın yanında yumuşaklık da sağlayacak ve film pazarına girmesine yardım edecektir. Metabolix aynı zamanda müşterileriyle birçok uygulama için PLA ve PHA karışımları geliştirme konusunda çalışmaktadır. Bu bileşikler kaplamalar ve film uygulamaları için düşünülmektedir. Engle ilk satışların bu yıl olmasını bekliyor.

Darbeyi Emmek

PLA'nın darbe özellikleri başka yollarla da geliştirilebiliyor. DuPont firması PLA'ya %1-5 oranında eklenen Biomax Strong ürününün PLA'yı çok daha sert yaptığını belirtiyor. Bu sayede de daha ince, hafif PLA ambalajlarına ve termoform uygulamalarında ise daha temiz üretime ve çapaklanmaya olanak sağlıyor. PLA ekztrüzyonunda da %2-5 oranında Biomax Strong katkısı enerji tüketimini %30'a kadar düşürebiliyor.

Biomax Strong petrol bazlı etilen kopolimeri fakat DuPont bu ürünün şeffaflıktan ödün vermeden PLA ambalajların özelliklerini geliştirmeye yardım ediyor. Bu sayede konvansiyonel alternatiflere göre düşük çevre ayakizine sahip yüksek performanslı bileşikler elde edilebiliyor.

Hallstar firması ise Hallgreen adlı yenilenebilir ester kimyasalları geliştirdi. Bu kimyasallar PLA, PHA, nişasta bazlı ve diğer biyopolimerlerde kullanılıyor. Kimberly Stefanisin adlı firmadaki biliminsanı erime akışkanlığı ve sıcaklığını düşürerek işleme koşullarını geliştirdiklerini ve enerji tüketimini de azalttıklarını belirtti. Aynı zamanda bu kimyasallar kırılganlığı azaltıp, darbe direncii geliştiriyor ve ekztrüder akışkanlık hızlarını ve verimlerini de geliştiriyor.


Ürün gamına son olarak eklenen Hallgreen R-8010 yüksek moleküler ağırlıklı polimer ester ürünü PLA bileşiklerine mükemmel esneklik kazandırıyor. Hallgreen R-9010 monomer ester ise daha da fazla esneklik kazandırıyor ve bu uzama R-8010'un 3 katına kadar çıkabiliyor. Bu ürün daha çok gıda teması olmayan, tek kullanımlık, atılacak/kompostlanacak ürünler için tavsiye ediliyor.

Hiç yorum yok :

Yorum Gönder