28 Ekim 2013 Pazartesi

Elyaf Pazarı için PLA Potansiyeli

Enjeksiyon kalıplama işinde olan polilaktik asit (PLA) polimerini sert,kırılgan ve kolayca parçalara ayrılan ve kopma esnemesi %3-4 civarında olan bir malzeme olarak biliyorlar. Fakat malzeme elyaf haline getirildiği zaman tamamen farklı bir resim ortaya çıkıyor: elde edilen elyaflar, ipeksi ve üretilen kumaşlar da yumuşak, cildi okşayan ve hoş bir yapıda oluyorlar. Esnetmeye göre kopma esnemesi %20'den %200'e kadar ayarlanabiliyor.

PLA polimeri birçok özellik açısından PET (polietilen terefitalat) polimerine benzemektedir. PET ile benzer olarak PLA da eriyikten elyaf olarak çekilebilirler, polyester elyaf haline getirilebilir ve ya tela haline getirilebilirler. Tekstil açısından PLA'nın birçok çekici özelliği bulunmaktadir ve bu özelliklerden bazıları PET'ten bile daha üstündür. Bu özellikler arasında doğal elyaflara göre daha yüksek sağlamlık, ciltten nemi mükemmel bir şekilde uzaklaştırabilme, doğal UV direnci, yanmazlık ve az duman oluşturma bulunmaktadır. (1)

Tekstil uygulamalarında yıllık PET tüketimi 41 milyon tonu (Mt) (2012) bulmaktadır ve bu miktar ambalaj uygulamalarının gereksiniminin iki katından fazladır. 2011 yılında küresel pamuk tüketimi 24Mt idi ve PET ile güçlü bir rekabet halindeydi. Durum böyleyken, PET ve pamuk küresel tüketiminin sadece %1'lik bir kısmının dahi PLA'ya çevrilmesi PLA için tekstilde çok büyük bir büyüme potansiyeli yaratacaktır. Bu gerçekler ışığında PLA'nın neden sadece sınırlı bir payı olduğuyla ilgili aslında çok da belli sebepler mevcut değil.

PLA lehine ikna edici çevresel argümanlar da sunuluyor.

Aşağıdaki grafikte gösterildiği gibi PLA'nın sera gazlarını azaltma konusundaki etkisi biliniyor. Petrokimya polimerlerine üstün olduğu gibi pamuk gibi doğal elyaflara karşı da üstünlüğü görülebiliyor. Sadece selüloz esaslı elyaflar daha düşük sera gazı emisyonu değerlerine sahipler.
nova-Institute yaptığı araştırmaya göre çeşitli elyafların küresel ısınma potansiyelleri
Alan kullanımı ile ilgili avantajlar genelde PLA için söz konusu olmuyor. Bilindiği gibi PLA polimeri nişasta ve ya şeker içerek ekinlerden yapılıyor ve bu ekinlerinde yetiştirilmesi için alana ihtiyaçları bulunuyor. Tarımsal alanlar sınırlı kaynaklar olduğu için, PLA'nın gıda amaçlı ekilen ekinlerle rekabet etmesi gerekiyor. Tabi bu durum da gıdadan bağımsız hammalzemelerin üretim için kullanılmasına kadar geçerli. Aşağıda gösterilen Grafik 2'de bir bilimsel derleme makalesinde yayınlanmış, her ton elyaf başına gereken alan gereksinimlerinin karşılaştırılması bulunuyor. Makalede doğal elyaflardan, selüloz bazlı elyaflar, çelitli doğal elyaflar ve PLA elyafları karşılaştırılmış. Bu durumda tabi ki petrokimya endüstrisi polimerlerinden elde edilmiş elyafların endüstriyel üretim alanları dışında başka bir alana gereksinim olmadıkları gerçeğini göz önünde bulundurmak gerekiyor. Bu istatistiklerde PLA ve Lyocell (selüloz bazlı) elyafların en az alan gereksinimine ihtiyacı olduğunu ve rakamın da bütün doğal elyaf ve viskosa göre yarısından az seviyede olduğunu gösteriiliyor. Yün ise özel üretim koşulları gerektirdiği için en fazla alan gereksinimine sahip.
Çeşitli elyaflar için alan kullanım değerleri

Bazı bilimadamlarına göre, tatlı su yakın gelecekte insanlığın en sınırlı kaynaklarından biri olacak. Bu amaçlı Grafik 3'te ise çeşitli elyaf malzemelerinin kilogram başına su tüketim gereksinimleri karşılaştırılmış. Bu karşılaştırmada, neredeyse hiç su gerektirmeyen yün dışında PLA elyaflarının özellikle PET gibi petrokimyasal ürünlere ve selüloz bazlı elyaflara göre avantajlı olduğu göze çarpıyor. Pamuk en yüksek miktarda suya gereksinim duyuyor. Bu durum ekinin yüsek miktarda sulama gerektirmesinden de kaynaklanıyor. PLA üretiminde kullanılan ekinler genelde neredeyse hiç sulama gerektirmiyor. 
Elyaf üretimlerinde kullanılan su miktarları

Bütün bu sayılan çevresel faktörlerin en azından bir kısmı PLA'nın PET ve pamuğun yerini alması konusunda etkili olması gerektiği düşünülüyor. Çevresel olmayan diğer faktörler ise aşağıda yazının geri kalanında tartışılacaktır.

Uhde-Inventa-Fischer gibi uluslararası mühendislik firmaları laktik asit ve PLA üreticilerinden bağımsız olarak PLA polimerizasyon teknolojiler sunuyorlar. Entegre edilmiş yıllık kapasiteleri 100bin tona ulaşabilen LA-PLA üretim tesisleri gerekli anlaşmalar sağlandıktan birkaç sene içerisinde kurulabiliyor.  Bu durum büyümeyi sınırlayan bir faktör kesinlikle olmayacaktır.
PLA üretim prosesine ait adımlar

Fakat buna rağmen, tekstil tipi PLA'nın fiyatı PET ve pamuk ile karşılaştırılınca halen yüksek kalıyor. Yine de fiyatın dünya çapında üretim kapasitelerinin artması ve rekabetin de artması ile benzer seviyeleri geleceği tahmin ediliyor.

PLA hali hazırda kullanılan polyester elyaf, filaman, tela işleme makinalarında işlenebiliyor ve bu sayede herhangi bir geliştirme ya da teknolojiye gereksinim bulunmuyor. PET için kullanılan eriyikten çekim teknolojisi özellikle de işleme verimi, ürün kalitesi ve otomasyon açısından yüksek standartlar yakaladı. PLA'nın daha düşük işleme sıcaklığı için gereken değişiklikler neredeyse göz ardı edilebilir boyutta. 

PLA'dan yapılan elyaf ve tekstillerin boyanması ise en büyük zorluklardan biri olarak gözüküyor. PET'in dispers boya yöntemi ile boyanması PLA için de kullanılabilir. Fakat sıvı içerisindeki dispers boyalarda sınırlı hidroliz direnci sebebiyle boyama derecelerinin 100C'yi geçmemesi gerekiyor. Buna rağmen belli bir miktarda çekmenin ve moleküler ağırlık kaybının hesaba katılması gerekiyor ve bu durum da sağlamlık ve esneklikten kayıp anlamına geliyor. Bunun dışında rengin kumaşa geçmesi ve renk yoğunluğu ile problemlerin de çözülmesi gerekiyor.

Eğer PLA elyaf pazarı büyüme imkanı bulursa, başka boyama yöntemlerini de gözden geçirmek gerekebilir. Özellikle PLA elyaflarının daha yumuşak muamele edilmesini sağlayacak yöntemler öne çıkabilir. Çekerken boyama (elyafın eriyikten çekilmesi sırasında boya pigmentlerinin eklenmesi) özellikle yüksek hacimli, halı ipliği gibi, uygulamalarda kullanılabilir. Fakat düşük hacimlerde bu metod gereken esnekliği sağlayamamakta.

Süperkritik Karbon dioksit ile boyama yöntemi en yeni yöntemlerden biri olarak ortaya çıkıyor. Bu işlem çok orta sıcaklıklarda gerçekleşmesinin yanında hem su harcamıyor hem de atıksu oluşumunu engelliyor. Basınçlı karbondioksit boya malzemesinin elyafa migrasyonunu teşvik ediyor. Bu yöntem kullanılarak piyasada bulunan birçok farklı boya PET üzerinde başarıyla uygulanabilmiş.(2) Bu uygulamalar Grafik 5'te görülebiliyor. PLA ile yapılan testler ise henüz sadece birkaç boya (3) ile yapılmasına rağmen yöntemin potansiyelini ve optimizasyon ihtiyacını gösteriyor.

Polimer üretimi, elyaf çekimi ve boyama PLA tekstilleri yönündeki uzun yolda sadece birkaç işlem. Bitmiş bir tekstil ürünü elde etmek için daha birçok adım gerekiyor. Bu adımlar arasında diğer elyaflar ile karıştırma, makaslama, dokuma, dikme ve örme gibi birçok adım bulunuyor.

Tekstil endüstrisi aşırı fazla segmentlerden oluşuyor. Neredeyse her işleme adımı farklı firmalar tarafından gerçekleştiriliyor. Bu sebeple çok az tekstil üreticisi PLA'dan üretilmiş bitmiş tekstil ürünü ile testle yapmış durumda. Eğer PLA tekstillerinin herhangi bir zayıflığı tespit edilirse, bütün üretim zincirinin düzeltilmesi yönünde optimizasyonu gerekiyor. Polimer üreticisine kadar üretim zincirinin bütün halkalarının kendilerini geliştirmesi gerekiyor.

Örneğin; eğer boyama işlemi sırasında tekstil ürününün dayanımı polimerin kısmı bozunması sonucunda yetersiz kalabiliyor olabilir. Bu durumda ya boyama işleminin bu yönde optimizasyonu ya da polimer reçetesinin değiştirilmesi gerekecektir.

Şimdiye kadar tekstil pazarında PLA çok sınırlı bir role sahip oldu. Bunun sebepleri arasında göreceli olarak yüksek fiyat faktörü dışında tekstil üretim zincirinde PLA'nın işlenme hassaslığı gibi sebepler de bulunuyor. Yine de bu tür hassasiyetleri aşmak için çözümler hali hazırda dahi mevcut. Aynı zamanda bu konudaki çabalar da devam ediyor.  PLA'nın çekici özellikleri ve devasa büyüme potansiyeli göz önünde bulundurulduğunda, işleme makinesi üreticileri ve dönüştürücüler ortaklığında PLA'nın tekstil pazarı için çekici bir polimer olması kaçınılmaz olarak gözüküyor.

Kaynaklar:
1- Viju, S; Thilagavathi, G; Chem. Fibers. Int. 2/2009
2- Courtesy of Uhde High Pressure Technolgy 2013
3- Bach, E; Knittel, D; Schollmeyer, E; Color. Technol. I22, 252-258 2006

Bioplastics MAGAZINE (05/13) Vol.8 page 12-15

Author: Rainer Hagen Uhde Inventa-Fischer Berlin, Almanya

Hiç yorum yok :

Yorum Gönder