Polietilen Filmlerde Biyo Bazlı Katkılarla Migrasyona Dayalı Statik Yük Kontrolü
Giriş
Polietilen (PE) hafifliği, dayanıklılığı ve düşük maliyeti sayesinde ambalaj, elektronik, otomotiv ve tekstil gibi birçok endüstriyel uygulamada yaygın olarak tercih edilen bir polimerdir. Ancak düşük elektrik iletkenliği özellikle bu alanlarda statik elektrik birikimine yol açarak istenmeyen sonuçlar doğurabilir. Statik yük birikimi ürün kalitesinde düşüş, toz ve kir çekimi, yüzeyde çizilmeler ve elektronik bileşenlerde arızalar gibi sorunlara neden olmaktadır. Bu nedenle polietilenin antistatik özelliklerle donatılması ürün performansını artırmak ve statik yük kaynaklı riskleri azaltmak açısından büyük önem taşımaktadır.
Bu çalışmada polietilenin antistatik özelliklerini geliştirmek amacıyla migrasyon mekanizmasıyla çalışan biyo bazlı antistatik katkı maddeleri kullanılmıştır. Bu katkı maddeleri polimer yüzeyine doğru hareket ederek statik yükün dağıtılmasını sağlar. Farklı ester yapısına sahip antistatik katkıların sentezlenmesi ve bu katkıların polietilen içindeki performanslarının detaylı bir şekilde incelenmesi hedeflenmiştir. Filmlerin antistatik performansının değerlendirilmesi amacıyla yüzey direnci ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar bu biyo bazlı antistatik katkıların geçici statik yük kontrolü gereken uygulamalarda etkili bir çözüm sunduğunu ve katkı miktarına bağlı olarak performanslarının değiştiğini göstermektedir. Çalışma aynı zamanda çevre dostu biyo bazlı katkıların endüstriyel uygulamalarda sürdürülebilir bir alternatif olarak kullanılma potansiyelini de ortaya koymaktadır. Sonuç olarak, bu tür katkı maddeleri hem çevresel sürdürülebilirlik hem de performans iyileştirmeleri açısından önemli fırsatlar sunmaktadır.
Materyaller ve Metot
Şekil 1’de çalışma kapsamında sentezlenen molekül yapılarına yer verilmiştir. Bu moleküller arasında AKFOG, FOGSTAT 20, AKFOG X ve PLASLUB 120 bulunmaktadır. Sentezlenen moleküllerin yapısal özellikleri, kullanılan yağ asitleri ve poliol türüne bağlı olarak değişiklik göstermektedir. Şekil 2’de ise sentezlenen moleküllerin görselleri gösterilmektedir.
Şekil 1: Sentezlenen Molekül Yapıları
Şekil 2: Ürün Görselleri
Tablo 1: Sentezlenen ürünlere ait spesifikasyonlar
Çalışma Mekanizması
Bu çalışmada polietilenin antistatik özelliklerini geliştirmek amacıyla migrasyon mekanizmasıyla çalışan biyobazlı antistatik katkı maddeleri kullanılmıştır. Bu katkılar polimer matrisi ile uyumsuz oldukları için polimer yüzeyine doğru göç ederek yüzey enerjisini arttırmakta ve elektrik yük birikimini engellemektedir. Böylelikle statik yükün birikmesi yerine dağıtılması sağlanmaktadır.
Antistatik katkı maddelerinin çalışma mekanizması şu şekildedir:
Faz 1: Katkı maddesi polimer matrisinde homojen bir şekilde dağılır.
Faz 2: Katkı maddesi, polimer yüzeyine doğru göç eder ve yüzeyi antistatik özelliklerle donatır.
Faz 3: Katkı maddesi, yüzeyde ince bir tabaka oluşturarak yüzey direncini düşürür.
Faz 4: Yüzeye gelen statik yük, katkının oluşturduğu tabaka sayesinde etkili bir şekilde dağıtılır ve statik elektrik birikimi önlenir.
Bu süreç, polimer yüzeyinde oluşan yüklerin temas açısını artırarak statik yüklerin etkili bir şekilde kontrol edilmesini sağlamaktadır. Yüzey direncindeki bu iyileşme hem ürün performansını artırmakta hem de statik elektrik kaynaklı risklerin azalmasına olanak tanımaktadır.
Uygulama Aşaması
Akkim Kimya Ar-Ge Merkezi Plastik Uygulama Laboratuvarı’nda, polietilene belirlenen oranlarda antistatik katkı maddeleri ilave edilerek test örneklerinin hazırlanması sağlanmıştır. Bu amaçla polietilen karışımları mikserde toz halinde hazırlanmış ardından ekstrüder ve cast film sistemleri kullanılarak filmler üretilmiştir. Hazırlanan test örnekleri yüzey direnci ve statik yük performansını değerlendirmek amacıyla detaylı analizlere tabi tutulmuştur.
Sonuçlar ve Tartışma
Antistatik katkıların yüzey direnci değerleri, üretimden sonraki farklı zaman aralıklarında ölçülmüş ve Tablo 2'de sunulmuştur. Bu ölçümler, katkıların etkinliğinin zamanla nasıl değiştiğini ortaya koymaktadır.
Tablo 2: Zamana bağlı yüzey direnci değerleri
Yapılan yüzey direnci ölçümleri, polietilen matrisine eklenen biyo-bazlı antistatik katkıların zamanla nasıl bir etkileşim gösterdiğini ve farklı katkı miktarlarının etkisini ortaya koymaktadır.
Genel olarak, polietilen yüzey direnci üretimden sonra 1011 olarak ölçülürken, antistatik katkıların ilavesi ile bu değer zamanla 1010 ve 109 seviyelerine düşmektedir. Bu düşüş malzemenin antistatik özellik kazandığını ve statik yük birikiminin kontrol altına alındığını göstermektedir.
Tablodaki verilere göre, üretimden 1 gün sonra ölçülen değerler 1011 iken, zamanla bu değerler 1010 seviyesine kadar gerilemektedir. Özellikle Plaslub 120 ve AKFOG katkılarının 0,2 phr ilavesi ile, üretimden 1 hafta sonra yüzey direncinin 1011 seviyesine düşmesi, bu katkıların etkinliğinin zamanla arttığını göstermektedir.
Üretimden 6 ay sonra ise bazı örneklerde yüzey direncinin 109’a kadar düştüğü görülmektedir. Bu durum katkıların migrasyon süreci ile polimer yüzeyine daha fazla hareket ettiğini ve etkisinin sürdüğünü göstermektedir.
Katkı miktarının artmasıyla birlikte yüzey direncinin düşüş eğilimi devam etmektedir. Örneğin, 1 phr AKFOG ilavesi ile üretimden 6 ay sonra yüzey direncinin 109 seviyesine gerilemesi bu katkının antistatik etkinliğinin daha da güçlendiğini göstermektedir. Ancak, uzun vadede (6 ay) katkının migrasyon sürecinin devam ettiği ve zamanla bu etkinliğin azalabileceği dikkat çekmektedir.
Sonuç olarak, polietilen için biyo-bazlı antistatik katkılar zamanla yüzeye daha fazla göç ederek yüzey direncini düşürmekte ve statik yük kontrolünü iyileştirmektedir. Ancak bu göç süreci devam ettikçe katkının yüzeydeki etkinlik süresi sınırlı kalmaktadır. Yüzey direncinin 109 seviyesine düşmesi malzemenin yüksek antistatik özellik kazandığını ve bu etkinliğin belirli bir süre daha süreceğini göstermektedir.
Gülşah Demir
Akkim Kimya AŞ
Ar-Ge Uzman Yardımcısı – Polimer Katkıları, Yaşam Bilimleri
Plastik & Ambalaj Teknolojisi Dergisi 2025-312 Ocak Sayısı
