Improving the properties of polylactic acid by melt blending

Poli (laktik asit) (PLA), alifatik polyester ailesinin bir parçası olup, α-hidroksi asitlerden meydana gelmektedir. Bunlara ek olarak mısır, buğday, patates ve nişasta gibi yenilenebilir kaynakların fermantasyonundan elde edilen endüstriyel alanlarda da kullanılabilen biyobozunur bir polimerdir. Biyolojik olarak parçalanabilen, biyouyumlu bir malzeme olup, yüksek dayanımlı, yenilenebilir kaynaklardan elde edilebilen, yüksek modüle sahip termoplastik bir polimerdir. PLA'nın biyoparçalanabilir yapısı onun ambalajdan tekstil endüstrisine kadar birçok alan için sürdürülebilir, gelecek vaat eden ve popüler bir hammadde yapmaktadır. Geniş uygulama alanlarının olması PLA'nın işlenebilirliğinden kaynaklanmaktadır. PLA rijit bir polimer olduğu için, esnekliği düşüktür ve kopma uzama değerleri genellikle düşüktür. Bu PLA esaslı ürünlerin en önemli problemlerinden birisidir. PLA'nın kopma dayanımı ve elastik modül gibi mekanik özellikleri uygulama alarındaki kullanımını sınırlandırmaktadır. Ayrıca 50-60 °C aralığında olan camsı geçiş sıcaklığının (Tg) altında da kırılgandır. PLA'nın kırılgan özelliği en büyük ve önemli dezavantajıdır. PLA, sert ve kırılgan bir malzeme olduğu için düşük aşınım direncine ve hidroliz direncine sahiptir. Bu soruların üstesinden gelmek için farklı polimerler ve uyumlaştırıcılar ile karıştırılarak hem geleneksel hem de modern üretim yöntemleri ile karşılaştırılması yapılıp endüstriyel alandaki kullanım alanları incelenecektir. PLA'nın ısıl, morfolojik ve mekanik özelliklerinin modifiye edilmesi için farklı polimerlerle karışımları yapılmaktadır. PLA'nın bu dezavantajını ortadan kaldırmak için PET ve PBT gibi polimerler ile blendler hazırlayarak zayıf özelikleri ortadan kaldırmak hedeflenmektedir. Böylece biyobozunur, çevre dostu ve daha iyi performans özelliklerine sahip malzemeler hazırlanarak başta tekstil, otomotiv ve elektronik ürünler olmak üzere birçok sektöre yeni hammaddeler sağlanabilmektedir. PBT (polibütilen tereftalat) yaygın olarak kullanılan bir polyester çeşididir. Yüksek kristalleşme hızı ve yüksek erime sıcaklığına sahiptir. PBT, PLA' dan daha yüksek erime sıcaklığına sahiptir. Bu nedenle PLA ile blend yapılacak ilk polimer PBT seçilmiştir. PLA blendi için seçilen diğer polimer ise PET (Polietilen tereftalat) 'tir. PET iyi termal ve mekanik özelliklere, düşük geçirgenliğe ve kimyasal dirence sahip olan önemli bir ticari mühendislik termoplastiğidir. PLA'nın termal stabilitesini PET'e dahil edilmesiyle incelenmesi hedeflenmektedir. Bu çalışmada; ağırlıkça %5, %10 ve %15 PBT ve yine aynı oranlarda PET içerecek şekilde hazırlanan PLA/PBT ve PLA/PET karışımları, uyumlaştırıcı olarak maleik anhidrit aşılı etilen (EBA-g-MAH), random etilen-metil akrilat-glisidil metakrilat (GMA) terpolimeri ve zincir uzatıcı olarak da Joncryl kullanılarak çift vidalı bir ekstrüderde üretim gerçekleştirildi. Çift vidalı ekstrüderde üretilen olan PLA/PET ve PLA/PBT blendlerinin granülleri enjeksiyon yöntemi ile test numuneleri olarak kalıplanmış ve tez analiz numunleri hazırlanmıştır. Farklı oranlarda karıştırılmış PLA/PBT ve PLA/PET blendleri uyumlaştırıcısız, uyumlaştırıcısız ve zincir uzatıcı eklenerek üretilmiş ve bu blendlerin reolojik, fiziksel, mekanik ve termal özellikleri karakterize edilmiştir. Oluşturulan PLA/PBT ve PLA/PET blendlerinin karakterizasyonları için ilk önce saf PLA, PBT ve PET polimerlerinin daha sonrasında da PLA blendlerinin reolojik, fiziksel, mekanik ve termal analizleri yapıldı. Reolojik test olarak time sweep test gerçekleştirildi. Fiziksel karakterizasyon için polimerlerin ve blendlerin yoğunlukları, shore D sertlik testleri ve kalıp çekme özellikleri analiz edilmiştir. Mekanik testler için ise çekme, kopma dayanımları, elastik modülleri ve izod darbe mukavemeti özellikleri incelenmiştir. Ayrıca %10 PBT ve %10 PET içeren harman numunelerinin en yüksek mekanik özellikleri gösterdiği görülmüştür. Termal analiz ksımında ise saf polimerlerin HDT/VICAT testleri yapılmış ve uyumlaştırıcı ve zincir uzatıcı kullanımının termal özellikleri nasıl etkilediği gözlemlenmiştir. Yapılan tüm analiz test sonuçlarında saf PLA, PBT ve PET polimerlerinin özellikleri ile PLA blendlerinin uyumlaştırıcı veya zincir uzatıcı kullanılması halinde nasıl bir değişiklik gösterdiği analiz edilmiştir. Uyumlaştırıcı kullanılarak hazırlanan PLA/PBT ve PLA/PET karışımlarında ekstrüzyon işleminin ikinci kez tekrarlanmasının mekanik özellikleri olumlu yönde artırdığı görülmektedir. Bu nedenle ikinci kez ekstrüde edilen numunelerin mekanik özelliklerinin karşılaştırılmasında, ikinci kez ekstrüde edilen numunelerin daha verimli karıştığının düşünüldüğü ve üretilen numunelerin değerleri karşılaştırılmıştır. daha çok performans ürünleri kullanılmış ve bunlar üzerinden yorumlar yapılmıştır. Çift ekstrüder işlemi uyumlaştırıcısız numunelerde yapıldığında tekrarlı ısıl işlemden dolayı moleküler ağırlığın azalması, bozunma nedeniyle mekanik özellikler düşer ve buna rağmen uyumlaştırıcısız numunelerde daha iyidir, bu nedenle uyumlaştırıcı kullanılması ve buna ek olarak mekanik özellikler daha da iyileştirilmiştir sonuca varılmıştır. Bu çalışmanın sonucunda PLA'nın dezavantajlarının üstesinden gelmek amacı ile farklı polimerler ve uyumlaştırıcılar ile karıştırılarak hem geleneksel hem de modern üretim yöntemleri ile karşılaştırılması yapılıp endüstriyel alandaki kullanım alanları incelenmiştir.