18 Temmuz 2013 Perşembe

PLA Biyoplastik Hammaddesinin Darbe Mukavemetini Biyobazlı ve Biyobozunur PHA ile Geliştirmek

Poli Laktik asit (PLA) molekülleri biyobazlı ve kompostlanabilir alifatik polyesterlerdir.
NatureWorks LLC şirketi bu malzemenin levha, fiber ve karışım uygulamalarında başarıyla uygulanabildiğini göstermiştir.

Düşük çarpma tokluğu, düşük son ürün kullanma sıcaklığı, PLA'nın yüksek ölçekli olarak ticari kullanımında göz önünde bulundurulması gereken önemli konulardır.

PLA'yı toklaştırmak amacıyla şimdiye kadar 4 ana farklı yaklaşımda bulunulmuştur.

1) Plastikleştiriciler
2) Mineral Dolgular
3) Geleneksel Darbe Geliştiriciler
4) Diğer kompostlanabilir polimerler

1)Plastikleştiriciler: sitrik asit esterleri ve düşük moleküler ağırlıklı PEG tokluk üzerinde sadece küçük oranda iyileştirmeler sağlayabilmiştir. Bununla birlikte kopma direnci azalmış ve Tg camlaşma derecesi de düşmüştür (karışabilirlik oranına göre).
Tg derecesinin düşmesi oda sıcaklığında fiziksel yaşlanmayı da hızlandırmaktadır. Bu durum da raf ömrü konusunda sorunlara yol açmaktadır.

2)Mineral dolgular: Çöktürülmüş kalsiyum karbonat (EM Force Bio) gibi dolgular, %30'luk katkı oranlarında PLA'nın çarpma tokluğunda önemli gelişmeler sağlamaktadır.


3) Geleneksel Darbe Geliştiricileri: Etilen akrilat kopolimerleri (Biomax Strong 120), TPU değiştiricileri (Estane 2102) ve ABS değiştiricileri (Blendex 3160, %60 kauçuk) %10'luk katkı oranında çarpma tokluğuna önemli katkılar sağlamaktadır.
Özellikle ABS darbe geliştiricisi Blendex 3160; %60 kauçuk, PLA'nın önemli oranda çarpma tokluğunu geliştirir.
Öte yandan, bu tip darbe geliştiricilerinin eklenmesi PLA'nın kompostlanabilme özelliğinden taviz verme anlamına gemektedir. Biyobazlı karbo içeriği de bu sebeple azaltılmaktadır.

4) Diğer kompostlanabilir polimerler: PCL az da olsa ümit vaadetmektedir. PBS, PBSA ve PBAT polimerleri de umut vericidir. Tüm bu polimerler arasında PBSA en iyi performansı sağlayan olarak göze çarpmaktadır. Bu karışım 5,883,199 numarasıyla US patenti olarak kaydedilmiştir.


PHB Kopolimerleri kullanarak PLA darbe gelişimi

Bu sayede biyobazlı karbon içeriğinden ve kompostlanabilme özelliğinden taviz verilmeyecektir.
Yapılan çalışmalarda yarı-kristal PHB kopolimeri (sc-PHB) ve amorf, düşük Tg'li PHB kopolimeri (a-PHB) denenmiştir.

PHB kopolimerleri toprak, ev kompost, endüstriyel kompost, tatlı su, denz suyu ve anaerobik koşullarda biyobozunur; besleme stoğu olarak şekeri kullanmasından dolayı biyobazlı; geleneksel plastik işleme makinelerinde ürüne dönüştürülebilir; mikroorganizmaların mühendislik yoluyla ürettiği polimer yapısını ve miktarını fermentasyon ile manipüle edebilme gibi özelliklerinden dolayı çok avantajlıdır.

Poly (3-hydroxy butuyrate) homopolimeri yüksek kristallik (%65 yaklaşık) ve yüksek erime sıcaklığına, ™ (yaklaşık 160C) sahiptir.  Kopolimerler ile Tg (camlaşma sıcaklığı), erime sıcaklığı ve kristallik özelliği kontrol edilebilmektedir.  
Yüzde olarak kopolimer oranı yüzde 30 civarına çıktığı zaman kristallik oranı %5'lere kadar düşebilmektedir. 


Diferansiyel Taramalı Kalorimetre ile ölçüldüğü zaman sc-PHB'nin termal özellikleri aşağıda görülebilmektedir.


PLA/sc-PHB karışımlarında kopma anındaki uzama incelendiğinde sc-PHB karıştırma yüzdesi 30'a çıkarıldığı zaman uyumlaştırılmış karışımlarda %250 değerlerine ulaşıldığı görülmüştür.


Gerilme sertliği (tensile toughness) Joule cinsinden incelendiğinde %30'luk karışım oranında kompostlanabilir polimerlerden PBSA karışımı ile elde edilen 1.2J oranından 2J'ye yakın bir oranda gelişme gösterdiği görülmektedir.


İzod darbe kuvveti incelendiği zaman sc-PHB karışımları PBS ve PBAT gibi polimerlerle karışımlarda olduğuna benzer gelişimler sağlamaktadır.


PLA/a-PHB karışımları

a-PHB'lerde malzemenin Diferansiyel Taramalı Kalorimetrede incelenmesinde amorf ve düşük Tg derecesine sahip kauçuk yapıda bir polimer olduğu görülmektedir.


a-PHB karışımlarında izod darbe kuvvetlerinin sc-PHB'ye göre daha iyileştiği görülmektedir. Çekme dirençleri incelendiğnde ise uyumlu hale getirilmiş karışımların standartlara göre daha yüksek olduğu gözükmektedir. Karışımlarda PBS ve ya PBAT karışımlarındakine benzer bir trend görülmektedir.


Çekme katsayısı incelendiğinde ise karışım yüzdesi arttıkça PBS ve PBAT ile benzer bir trendin oluştuğu görülmektedir. Bu özellik için uyumlu hale getirme bir farklılık yaratmamaktadır.


Sonuç olarak bütün darbe değiştiriciler incelendiği zaman aşağıdaki tablo ortaya çıkmaktadır.  Sonuçlar izod darbe kuvveti açısından değerlendirilmiştir.


Sadece kompostlanabilir darbe değiştiriciler incelendiği zaman ise a-PHB'nin açık farkla kazanan olduğu görülmektedir.


Özet olarak a-PHB kopolimeri ile PLA karışımları çarpma tokluğunu önemli bir oranda geliştirmektedir. Bunu sağlarken de çekme direnci ve mukavemetinden düşük bir miktarda taviz verilmektedir. İzor darbe kuvveti 0.4'ten 8 ft.lb/inch'e kadar çıkarılmıştır. Bu oran %20'lik a-PHB karışımında elde edilmiştir. Bunu yaparken de PLA'nın biyobazlı içeriğinden ve kompostlanabilirliğinden  herhangi bir kayıp da yaşanmamaktadır.


Polimer mühendislik uygulamalarında kullanılan polimerlerle karşılaştırıldığında direnç-mukavemet-sertlik dengesinde çok iyi rekabet edebilmektedir.

Plastik hammaddelerinin teknik özellikleriyle ilgili daha detaylı bilgiyi aşağıdaki adreste bulabilirsiniz.
http://kumrukimya.com/plastik-hammadde-teknik-ozellikleri.htm

Kaynak: www.metabolix.com/sites/default/files/PLA_PVC-Slideshow.pdf

Hiç yorum yok :

Yorum Gönder