Polilaktikasit (PLA) Bazlı Biyokompozitler
PLA’lar,
üzerinde geniş araştırmalar yapılmış, çeşitli proses teknikleriyle işlenebilen
(şişirme film, injeksiyon kalıplama, kalenderleme ve termoform filmler gibi) ve
ticari pazarda yer almış önemli biyokompozit matrislerden biridir. PLA matrisli
biyokompozitlerin endüstriyel önemli uygulamaları arasında otomobil endüstrisi,
tekstil ürünleri ve köpük malzemeler sayılabilir.
Poli(laktik asit) bazlı biyokompozitler otomotiv sanayinde
önemli kullanım alanına sahiptir; otomobillerde servis süresince ve farklı
iklimlerde gereken yüksek mekanik ve
termal özelliklere sahiptir. Bu amaçla yenilenebilir ve biyoparçalanabilir
özelliklerinden dolayı doğal fiber takviyeli PLA kompozitler tercih edilir.
Biyokompozitlerin mekanik özellikleri, %30 cam fiberler (E),
değişken cam fiberler (AGF) ve kenevir (hemp) doğal fiberler (HNF) içeren PLA
matrisli ürünlerde incelenmiş ve elde edilen sonuçlar Tablo-6’da toplanmıştır.
PLA polimere kıyasla PLA/HNF (kenevir) kompozitin gerilme ve eğilme modülleri
artar, diğer mekanik özelliklerde (kuvvet ve uzama) yükselme olmaz. PLA/HNF
kompozitin esnekliğinin daha düşük olduğu görülür. PLA/E kompozitte takviye cam
fiberlerin (E) bulunması bükülme ve gerilme modüllerinde önemli bir yükselme
sağlarken uzamalarda azalmaya neden olur, darbe özellikleri etkilenmez. AGF
fiberlerin mekanik özelliklere etkisi, cam fiberlere kıyasla biraz daha
düşüktür.
PLA bazlı filmler bazı tekstil uygulamalarda
kullanılmaktadır; biyobozunabilir özelliğinden dolayı PLA filmler aynı
amaçlarla kullanılan non-woven veya poliolefin filmlere tercih edilen
ürünlerdir. Tipik örnekler olarak PLA/sepiolite, PLA/modifiye sepiolite,
PLA/MMT ve PLA/modifiye MMT kompozitler ele alınmıştır (Tablo-7). Değerlerden
de görüldüğü gibi sepiolite klay dolgulu PLA filmlerde kopma gerilimi düşerken
gevşeme sertleşmesi (K) yükselir. (Gevşeme sertleşmesi bir malzemenin plastik
deformasyonla kuvvetlenmesidir.)
PLA bazlı köpükler endüstride önemli bir yere sahiptir;
benzer amaçlarla kullanılan ağır malzemelere kıyasla daha hafiftir ve aynı
performanslara sahiptir. Proses koşullarının (ekstruzyon akış hızı, sıcaklık,
soğutma sistemi gibi) optimize edilmesi ve uygun malzeme formülasyonuyla
PLA’nın özellikleri, kimyasal şişirme maddesi gibi) çalışıldığında maksimum
köpük genleşmesi ve iyi mekanik özelliklere sahip biyokompozitler elde
edilebilir.
Her iki tip PLA ürün için CBA miktarı artırıldığında akma ve
kopma gerilimlerinde azalma olur (Tablo-8); nedeni malzemedeki boşlukların
artmasıdır. Akma ve kopmada uzama değerleri ise CBA miktarıma bağlı değildir.
Polivinilklorür (PVC) ve poliüretan (PUR) köpükler için de benzer sonuçlar elde
edilmiştir.
Doğal Kauçuk Bazlı Biyokompozitler
Doğal kauçuk kompozitlerin mekanik özelliklerine biyofiber
takviyenin en önemli etkisi, yüksek fiber konsantrasyonlarında yüksek modül ve
yüksek kuvvet, çökmede düşük uzama, çok iyi kayma direnci ve yüksek sertlik
kazandırmasıdır. Hindistan cevizi, sisal, palm, küspe, isora, yaprak+meyve
fiber takviyeli doğal kauçuklar üzerinde önemli çalışmalar yapılmıştır.
Doğal kauçukta sisal ve hindistan cevizi kombinasyonu
üzerindeki çalışmalar, kompozitin dielektrik sabitinin yükseldiğini göstermiştir.
Bu tür hibrid biyokompozitler antistatik madde olarak geniş bir kullanım alanı
bulmuştur. Diğer bir ilginç biyokompozit, boron karbid ve parafin waksla
çevrelenmiş doğal kauçuk matrisli atık kâğıttır.
Matris/
Takviye |
Bükülme modülü, GPa
|
Bükülme kuvveti, MPA
|
Bükülme uzaması, %
|
Gerilme modülü, GPa
|
Gerilme kuvveti, MPA
|
Gerilme uzaması, %
|
Darbe, esneklik, kJ/m2
|
PLA
|
3.36
|
102
|
3.5
|
3.61
|
72
|
7.5
|
30
|
PLA/E
|
10.15
|
171
|
1.8
|
10.48
|
122
|
3.3
|
29
|
PLA/AGF
|
9.28
|
138
|
1.6
|
9.81
|
116
|
3.4
|
32
|
PLA/HNF
|
5.78
|
102
|
2.4
|
5.89
|
73
|
3.0
|
14
|
E-cam fiberler, AGF: değişken cam fiberler, HNF:
kenevir (hemp) doğal fiberler (%30)
Tablo-7: PLA ve PLA Kompozitlerin
Boylamasına Mekanik
Özellikleri (örnek 150x50x100 mm3)
Özellikleri (örnek 150x50x100 mm3)
E, MPa
|
Kopma gerilimi, MPa
|
K
|
|
PLA
|
1100
|
26
|
1
|
PLA/sepiolite
|
390
|
16
|
17
|
PLA/modifiye sepiolite
|
600
|
15
|
17
|
PLA/MMT
|
700
|
21
|
12
|
PLA/modifiye MMT
|
1100
|
27
|
13
|
MMT: montmorillonite
Tablo-8:
Homojen Gözenekli Yapılı PLA Köpükler
PLA Köpük
|
CBA %
|
dn, mm
|
dw, mm
|
PDI
|
Nc x105
|
d, mm
|
Co, %
|
7000D
|
2
|
90
|
105
|
0.86
|
11.25
|
48
|
10.91
|
3
|
95
|
104
|
0.91
|
10.13
|
46
|
14.72
|
|
4
|
107
|
122
|
0.88
|
7.38
|
49
|
19.22
|
|
4032D
|
2
|
134
|
144
|
0.93
|
2.72
|
95
|
19.12
|
3
|
125
|
174
|
0.72
|
4.02
|
71
|
24.49
|
|
4
|
130
|
152
|
0.86
|
4.19
|
58
|
26.76
|
PLA Köpük
|
CBA %
|
Boşluk, %
|
Akma gerilimi, MPa
|
Akmada uzama, %
|
Kopma gerilimi, MPa
|
Kopmada
uzama, MPa
|
7000D
|
2
|
42
|
36.00
|
8.41
|
33.38
|
9.95
|
3
|
45
|
25.65
|
8.84
|
21.51
|
11.59
|
|
4
|
47
|
23.71
|
8.37
|
20.49
|
10.28
|
|
4032D
|
2
|
34
|
40.54
|
10.24
|
37.91
|
11.51
|
3
|
41
|
30.68
|
8.61
|
27.14
|
10.43
|
|
4
|
48
|
26.77
|
9.44
|
22.87
|
11.50
|
CBA: kimyasal şişirme maddesi, %ağ.; dn:
ortalama çap, sayısal, mm; dm: ortalama çap, ağırlıkça, mm;
PDI: hücre polidispersitesi; Nc: hücre yoğunluğu, hücre/cm3;
d = hücre duvarı kalınlığı, mm;
Co: açık-hücre oranı, %
