plastik-ambalaj.com

Biyo Bazlı Epokside Soya Yağı ile Polilaktik Asit'in Mekanik Özelliklerinin İyileştirilmesi

1. Giriş

Polilaktik Asit (PLA), son yıllarda çevre dostu yapısı, biyobozunur özellikleri ve fosil yakıtlarına bağımlılığı azaltma potansiyeli ile plastik endüstrisinde önemli bir alternatif olarak öne çıkmıştır. Doğal kaynaklardan elde edilen PLA, sürdürülebilirliği teşvik ederken, ambalaj, tekstil, medikal ürünler ve otomotiv gibi çeşitli endüstrilerde geniş bir kullanım alanına sahiptir. Ancak, PLA'nın mükemmel biyobozunur özelliklerine rağmen mekanik performans açısından bazı sınırlamaları bulunmaktadır. Özellikle düşük darbe dayanımı ve kırılganlık gibi dezavantajlar mühendislik uygulamalarında PLA'nın kullanımını kısıtlamaktadır. PLA'nın bu sınırlayıcı özelliklerini iyileştirmek amacıyla yapılan araştırmalar malzemenin işlenebilirliğini artırmak ve daha geniş bir kullanım yelpazesi sağlamak için katkı maddelerinin önemini ortaya koymaktadır.

PLA'nın kırılgan yapısı, darbe dayanımını artırıcı katkılar ile güçlendirilebilirken aynı zamanda işleme sırasında da zorluklar yaratabilir. Bu bağlamda, PLA’nın işlenebilirlik ve mekanik özelliklerinin iyileştirilmesi için biyobazlı katkıların kullanımı büyük bir ilgi çekmektedir. Fosil kaynaklardan elde edilen sentetik katkılar yerine yenilenebilir kaynaklardan türetilen biyobazlı katkılar sürdürülebilir malzeme üretimi için çevresel açıdan önemli bir adım sunmaktadır.

Bu çalışmada, PLA’nın mekanik ve reolojik özelliklerini iyileştirmek için %100 biyobazlı bir katkı olan epokside soya yağı (AKESBO) ile akrilik bazlı darbe modifiye edicinin karşılaştırmalı etkileri incelenmiştir. AKESBO’nun işleme kolaylığı sağlaması, PLA’nın darbe dayanımını artırarak kırılganlık özelliğini azaltması ve işlenebilirlik parametrelerini iyileştirmesi PLA’nın mühendislik uygulamalarındaki potansiyelini genişletmektedir. Bu çalışma, PLA’nın sürdürülebilirlik yönünden avantajlarını korurken, biyobazlı katkılar ile performansını artırmanın mümkün olduğunu ortaya koymayı amaçlamaktadır. AKESBO’nun çevre dostu özelliklerinin yanı sıra mekanik performansa olan katkılarının, geleneksel akrilik bazlı modifiye ediciler ile rekabet edebilecek düzeyde olduğu gösterilmiştir.

2. Deneysel Metodoloji

Hazırlanan karışımlar ekstrüderde işlenmiş ve enjeksiyon kalıplama cihazı ile test numuneleri elde edilmiştir. Elde edilen test numuneleri görsel olarak incelendiğinde darbe arttırıcı katkılı numunelerin şeffaflığında azalma olduğu, AKESBO katkılı numunelerde ise transparanlığın korunduğu gözlenmektedir. AKESBO ilavesinin 5 phr olduğu durumda transparanlık bir miktar gerilese de darbe arttırıcı katkılı numunelere kıyasla başarılı bir sonuç gözlemlenmiştir.

3. Test ve Analizler

Tork reometresi

Tork reometresi, polimerlerin işlenme davranışlarını incelemek için kullanılan bir cihazdır ve özellikle malzemelerin reolojik (akış ve deformasyon) özelliklerini ölçmek amacıyla yaygın olarak kullanılır. Reoloji, bir malzemenin akma ve deformasyon özelliklerini inceleyen bilim dalıdır ve polimerlerin işlenebilirliği açısından büyük öneme sahiptir. Tork reometresi, polimerin viskozitesi, erime davranışı, işleme esnasında gösterdiği direnç gibi parametreleri tespit etmek için kullanılır.

Bu çalışma kapsamında, tork reometresi testi ile PLA’ya eklenen epokside soya yağı (AKESBO) ve akrilik bazlı darbe modifiye edicilerin reolojik özelliklere etkileri incelenmiştir. Özellikle AKESBO’nun eklenmesiyle malzemenin plastikleşme davranışının iyileştiği ve işlenebilirlik parametrelerinin daha optimize hale geldiği tespit edilmiştir.

İzod Darbe Dayanımı Testi 

Örneklerin Izod darbe dayanımları ISO 180 standardına uygun olarak her bir karışım için en az 6 kez tekrarlanarak Instron marka Ceast Resil Impactor model darbe cihazı kullanılarak incelenmiştir.

Sonuçlara göre, epokside soya yağı (AKESBO) ve akrilik bazlı darbe modifiye ediciler PLA'nın darbe dayanımı, absorpsiyon ve enerji değerlerini önemli ölçüde artırmıştır. AKESBO, biyobazlı bir katkı maddesi olarak PLA’nın mekanik özelliklerini iyileştirirken çevre dostu bir alternatif sunmaktadır. Özellikle 5 phr oranında AKESBO, hem darbe dayanımında hem de absorpsiyon oranında dikkate değer bir artış sağlamış ve PLA'nın kırılgan yapısını güçlendirmiştir.

DSC ve TGA Analizleri: 

DSC sonuçlarına bakıldığında, AKESBO’nun PLA üzerindeki etkisi belirgin bir şekilde görülmektedir. Camsı geçiş sıcaklığı (Tg) değerlendirildiğinde, AKESBO ile modifiye edilen numunelerde Tg'nin daha düşük sıcaklıklara kaydığı gözlemlenmiştir. Bu durum, AKESBO'nun PLA'nın işlenebilirliğini artırarak daha esnek bir yapı oluşturduğunu işaret etmektedir.

TGA sonuçlarına göre hem AKESBO hem de akrilik bazlı darbe arttırıcı benzer termal bozunma davranışları sergilemiştir. AKESBO’nun PLA’ya eklenmesi, akrilik bazlı darbe arttırıcı ile karşılaştırıldığında termal stabilite açısından rekabetçi sonuçlar sunmuştur. Bu, AKESBO’nun çevre dostu bir alternatif olarak termal performansta yeterli olduğunu göstermektedir.

4. Sonuç

Bu çalışmada, biyobazlı epokside soya yağı (AKESBO) ve akrilik bazlı darbe modifiye edicilerin PLA’nın mekanik ve termal özellikleri üzerindeki etkileri incelenmiştir. Sonuçlar, her iki katkı maddesinin de PLA'nın darbe dayanımını, reolojik özelliklerini ve termal kararlılığını geliştirdiğini göstermiştir. Özellikle AKESBO, biyobazlı yapısı ve çevre dostu karakteri ile PLA'nın işlenebilirliğini ve mekanik performansını iyileştirerek sürdürülebilir bir alternatif olarak öne çıkmıştır. AKESBO’nun camsı geçiş sıcaklığını düşürmesi ve termal kararlılık açısından rekabetçi sonuçlar sunması, biyobazlı katkı maddelerinin endüstriyel uygulamalarda daha geniş bir kullanım alanı bulabileceğini işaret etmektedir. Sonuç olarak, PLA'ya AKESBO eklenmesi hem çevresel sürdürülebilirlik hem de performans iyileştirmesi açısından önemli bir potansiyele sahiptir.

Akkim Kimya 

Polimer Katkıları, Yaşam Bilimleri

Gülşah Demir / Ar-Ge Uzman Yardımcısı 

Sezgi Erdoğan / Ar-Ge Yöneticisi

Hasan Kayalı / Ar-Ge Teknisyeni