Ana içeriğe atla

Renkli PLA elyaflar

PLA'dan yapılan elyafların üretimi ve boyanması


Daha önceki yazılarımızdan birinde bioplastics MAGAZINE dergisinin 06/13 nolu sayısında yayınlanmış olan ve IRT (kızılötesi geçirgen) biyobozunur plastik malç filmlerinin özelliklerinden bahsetmiştik.

Bu yazımıza aşağıdaki linkten ulaşabilirsiniz:


Sonuçları tekrar özetlemek gerekirse; güçlü günışığı ve ya radyasyona maruz bırakıldığı zaman, koyu ve siyah plastikler radyasyon ypğunluğunun fonksiyonuna bağlı olarak ısınırlar. Bu etki yüzeyde bulunan ve 750 nanometre (nm) üzerindeki radyasyonu emen karbon karası (carbon black) sebebiyle oluşmaktadır. Aynı zamanda 200-400nm arasındaki ultraviyole ve 400-750nm arasındaki görünür ışınlar de benzer şekilde emilmektedir. Serin Siyah (Cool Black) terimi de koyu/siyah yüzeylerin azaltılmış ısı emilimi sebebiyle ısınmasından ziyade dokunmaya daha serin hissettirmesi etkisini açıklar.

Isı emilimini azaltan ve fizik prensipleri açısından farklılık gösteren üç yöntem bulunmaktadır.

Kullanılan elyaf eğirme makinası ve teknik titre parametreleri

a) Yansıma


Radyasyonu yansıtma amacıyla dolgu kullanımını içerir. Kullanılabilecek dolgular arasında titanyum dioksit (beyazlaştırır), çinko, sülfit, talk, tebeşir ve baryum sülfat vb. bulunmaktadır. Aluminyum ve gümüş de (kaplama gibi) kullanılabilir.

Bu yöntem, düşük malzeme maliyeti ve fizibilitesi sayesinde en popülerdir.

b) Girişim


Bu yöntemde mika bazlı malzemeler kullanılmaktadır. Mika levha şeklinde silikattır ve genellikle dört ayrı katman ve ya levhadan oluşur. Gelen radyasyon kırılır ve her bir ayrı katmana ve ya levhaya girdiğinde saçılır. Bu da azaltılmış ısı emilimini ve düşük sıcaklıklaro sağlar.

c) Isıl geçirgenlik 


Kızılötesi geçirgen renklendirme, ultraviyole ve görünür ışık dalgalarından gelen enerjiyi tamamen emilimini sağlarken yakın kızıl ötesi (NIR) ışınlarının enerjilerini olabildiğince geçirgenliğini sağlayabilen pigment karışımları sayesinde gerçekleştirilir.  Bu sayede malzeme ısıyı emmez sadece geçmesini izin verir. Her iki etki (geçirgenlik ve yansıtma) koyu/siyah renkli yüzeylerde düşük sıcaklıkları sağlar. Her iki durmda da, UV ve VIS aralığı bütün radyasyonu (ışık ve ısı) engellemek zorundadır. Hem organik hem de inorganik pigmentler kullanılabilir fakat karbon karasına artık izin verilmemektedir. Geçirgenlik için gerekli formüller yansıtma için olanlardan farklıdır. Hangi karışımın seçileceği aynı zamanda taşıyıcı polimerin kristallik özelliğine (amorf, yarı-kristal, kristal) göre de değişmektedir.

Polimer granüllerinden iplik oluşumuna şablon

Bu etkilerin PLA-bazlı elyaflar üzerinde uygulanması ise sürdürülen testler arasındadır.

Aşağıda laboratuvarda elyafların üretimi için gerekli olan teknik ekipman anlatılmaktadır. Bu ekipmanlar PLA malzemelerin elyafa eğrilme ve renklendirilmesi sırasında nasıl darandıklarının test edilmeside ve PA6 üzerinde IRT formulasyonlarının ilk defa olarak denenmesinde kullanılmıştır.

Eğirme sonuçları kullanılan PLA malzemesinin kimyasal, reolojik ve fiziksel parametrelerine bağlı olarak değişmektedir. Teknik sebeplerden dolayı (parametrelerin uyarlanması), tesis sürekli olarak PE ile başlatıldı. Elyaf üretiminde Natureworks Biyopolimer PLA 2051D, PLA Ingeo 3052 ve PLA Revode 190 denendi. Bütün varyasonlar için aynı iplik türü kullanıldı: BDF/CF, titre: 1300 dtex / 16 dpf, 2x40 delikler için plakalar. Sarıcının hızı 1000 metre/dakika olarak belirlendi. Kullanılan ısı değerleri ise Zone 1 için 160C Zone 5 için 200C oldu.

Eğirme makinasının diyagramı

Ingeo malzemesiyle, eğirme işlemi oldukça iyi gitti. Eğirme yağı ile de oldukça iyi çalıştı. Bobine sarma işlemi de sorunsuz bir şekilde gerçekleşti.

Revode malzemesi enjektör memesinden oldukça iyi bir şekilde aktı. Godelerin etrafına çok iyi bir şekilde sarılabilirdi. Fakat eğirme yağı kullanılır kullanılmaz sarma konusunda problemler oluştu. Eğer eğirme yağı kullanılmasaydı, filamentler gode üzerinde ayrılacaktır. Genel olarak esneme düşüktü ve ideal değildi. Bobine ipliği sarmak mümkün olmadı.

Natureworks 3251D malzemesi PLA iplikleri renklendirmek amaçlı taşıyıcı polimer olarak kulanıldı. Sarı ve kahverengi renkleri test edildi. Testler sonucunda elde edilen gözlemler: eğirme yağı olmadan gode üzerinde tutunma çok iyiydi fakat multifilamentler hala biraz sıkıştı. İplik bobinlerinde çok fazla tiftik vardı bu sebeple sarma ve geri sarma daha zordu. Malesef statik yükleri engellemek için eğirme yağı gerekliydi ve bu sebeple öneriliyordu. Görev IRT elyafların üretimi için eğrilebilir bir formulasyon geliştirmekti. Elyaflar için kullanılan 3 sentetik polimerden PA6 referans polimer olarak seçildi. Titre ayarı 1067 dtex /13dpf olarak belirlendi. Daha sonraki testler, temel formulasyonu kullanacak fakat PLA taşıyıcı malzeme olacak. Isıl simulasyon testleri için çoraplar ve benzeri ürünler örüldü. Karbon karası ile boyanmış PA6.6 çorapların değerleri karşılaştırma için kullanıldı.

Çoraplar daha sonra 5 dakika süreyle 4 x 1000-wattlık kızıl ötesi lambalarla radyasyona maruz bırakıldı. Bu işlem sonrası çorapların yüzey sıcaklığı ölçüldü. Sonuçlar aşağıdaki resimde sunulmaktadır.

Yukarıdan aşağıya doğru ilk üç eğri karbon karası ile boyanmış PA6 ipliğinin ısıl emilim davranışını göstermektedir. Değişken emilim davranışı karbon karası derişimine göre farklılık göstermiştir. Karbon karası ile boyanmış iplikler IRT renkli olanlara göre aynı zaman içerisinde daha hızlı ısınmaktadır. Yaklaşık 100 saniyenin sonunda yaklaşık 40-55C seviyesinde bir son sıcaklığa ulaşılmıştır.

PA6 PA66'ya göre daha hızlı ısınmaktadır


Isıl geçirgenlik derecesi (aşağıdaki eğriler) yeterli miktarda boyayan madde olup olmamasına ve ya UV ve VIS aralıklarının tamamen ve ya kısmı olarak emilmesine bağlıdır. Aynı zaman süresinde, ısınma hızı çok daha yavaştır ve dört dakika sonunda 40C'lik son sıcaklığa (karbon karasında 100 saniyede ulaşıldı) ulaşılmıştır. Sonuçlar IRT iplikler ve karbon karası ile boyanmış iplikler arasında 10-15 K'lik bir sıcaklık farkı olduğunu göstermektedir. Tabi bu değerlendirmeyi yapabilmek için karbon karası ve IRT aktif renklendiricilerin derişimleri de göz önünde bulundurulmalıdır.

Zamana karşı sıcaklık değişimi

Konuyla ilgili olarak ek çalışmaların yapılması gerekmektedir. Bu çalışmalarda kampaud ve masterbatch formüller, kullanım koşullarında ısıl emilimin belirlenmesi için ölçme yöntemlerinin optimizasyonu ve son olarak PLA uygulamalar için formüllerin incelenmesi gerekmektedir.

Genel olarak konuşulduğunda, soğuma etkisi oldukça iyidir. Fakat yeni yöntem, formulasyon, elyaf eğirme ve ölçüm yöntemleri konusunda özel teknik ihtiyaçları beraberinde getirmektedir.



Yorumlar

Bu blogdaki popüler yayınlar

Evde Kendi Biyoplastiğinizi Nasıl Üretebilirsiniz

Biyoplastiklerin en güzel tarafı tamamiyle petrolden bağımsız kaynaklardan üretilebilmeleridir. Buna ek olarak elinizde petrol dahi olsa normal plastik hammaddelerini üretebilmeniz için çok yüksek ısılara çıkabilecek teknolojik aletlere ve damıtma aletlerine ihtiyacınız vardır. Fakat biyoplastik tamamiyle evde bulunabilen basit maddeler ile üretilebilmektedir.

Greenplastics.net sitesinin desteğiyle hazırlanan ve 2008 yılında hazırlanmış olan 'Kendi biyoplastiğinizi yapın' adlı youtube videosu zamanında pek rağbet görmemiş olsa da son dönemdeki bazı haberler sonrasında tekrar gündeme getirilmesinde yarar olacağını düşünüyorum. Aşağıda İngilizce olarak seyredebileceğiniz videoyu anlayamayanlar için kısaca özetlemek gerekirse; öncelikle gerekli malzemeler açıklanıyor, bir ısıtıcı, bir tencere, su, nişasta, gliserin ve sirke. Son olarak da üretilen biyoplastiği yayıp kurutmak için düz bir yüzey ve aluminyum folyo da gerekmekte.

İşin biraz kimyasına inilirse; nişasta amiloz ve ami…

Poliüretan Polimeri Nedir- Kullanım Alanları- Biyobazlı Poliüretanlar

Blogumuzda Poliüretan dosyasını da açıyoruz. İlk defa 75 sene önce Almanya'da bir laboratuvarda sentezlenen bu polimerin geçmişten günümüze olan macerasını size anlatıyoruz.
Bu yazımızda size geçmişten günümüze ve biyopolimerlere ulaşan serüvende poliüretanların tarihi, nasıl üretildiği, yapısı ve kullanım alanlarına dair bilgileri vereceğiz. Son olarak yeni teknoloji ile birlikte son yıllarda poliüretan üretiminde kullanılan petrol bazlı kimyasalların nasıl ve hangi yenilenebilir kaynaklarla üretildikleri yani Biyobazlı Poliüretanlar hakkında bilgiler de vereceğiz.
2012 yılında poliüretan endüstrisi, ilk olarak Leverkusen şehrinde bu çok yönlü malzemenin ilk formunun oluşturulmasının üzerinden 75 yıl geçmesini kutladı. İlk olarak Otto Bayer tarafından 1937 yılında yapılan araştırmalar, elyaf olarak örülmek amaçlı yapışkan bir reçineydi. Amaç Amerika'da üretilen naylon elyaflar ile rekabet edebilmekti. Araştırma 2.Dünya Savaşı'nın patlak vermesiyle dursa da, 1945 yılından …