Lignin as an antistatic additive for common polymers

Statik elektriklenme ve yüzeylerde biriken yüklerin zararlı etkileri nedeniyle polimer, hava ve uzay, ilaç üretimi gibi endüstrilerde milyonlarca dolar zarara neden olan yaygın bir sorundur. Malzemelerin ya da polimerlerin, antistatik katkı malzemeleriyle katkılanması, bu problemi azaltabilir veya önleyebilir. Şimdiye kadar, kullanılan ürünü doğrudan iletken hale getiren antistatik katkı maddeleri, yüzeyde oluşan yükleri dağıtmak için kullanılıyordu. Bu malzemeler ürünü / kompoziti; doğrudan iletken yapabilen, metal ya da karbon tozu gibi malzemelerdir. Bir diğer yöntem ise; yüzey nemini artıran katkı malzemeleri (iyonlar gibi) kullanarak yüzey yüklerini azaltmaktır. Fakat katkılama yapılan malzemeler genellikle katkı maddelerinin yüksek konsantrasyonları sebebiyle doğal özelliklerini (ör. mekanik özellikler gibi) kaybederler. Bu soruna daha evrensel bir çözüm sağlamak ve katkılama sonrası malzemenin doğal özelliklerinde meydana gelen değişiklikleri önlemek için, uzun yıllardır tartışılan statik yük oluşum mekanizması açıklığa kavuşturulmalıdır. Son zamanlarda mekanizma üzerinde yapılan çalışmalar, elektrik ile yüklenen malzemeler üzerindeki yük oluşumunun arkasındaki ana mekanizmanın, yüzeylerde bağ kırılması sebebi ile, mekanoanyon, mekanokatyon, mekanoradikal aktif uçlarının oluştuğunu göstermektedir. Mekanokatyon ve mekanoanyonlar yüzeydeki yüklenmeye sebep olurken, mekanoradikaller ise yüzeydeki bu yüklenmenin sabitlenmesini sağlar. Buradan yola çıkılarak daha sonra, katkı malzemesi olarak radikal tuzaklayıcı antioksidanlar ile mekanoradikallerin ortamdan uzaklaştırılması ve yüzeydeki yüklenmenin azaltılması sağlanabilmiştir. Bu yöntem ile polimer malzemenin diğer özellikleri (elektrik ve mekanik özellikler)korunarak malzemeye antistatik özellik kazandırılabilmiştir. Fakat yine de kullanılan tuzaklayıcıların maliyeti nedeniyle bu yeni yöntem endüstriye uygulanamamaktadır. Bu çalışmada, genel kullanım polimerlerine antistatik özelliği kazandırmak için kullandığımız radikal tuzaklayıcı antioksidan madde, uygun fiyatı, yılda milyonlarca ton üretimi ve genel polimerler için pratik kullanımı ile yukarıda anlatılan yöntemi uygulamada da pratik hale getirecek lignindir. Lignin dünyada en yaygın olarak bulunan ikinci polimerdir. Antioksidan özelliklere sahip olduğundan, yaygın polimerler için antistatik bir katkılama maddesi olarak iyi bir adaydır. Çalışmamızda, genel kullanım polimerlerinin iki türü olan elastomer (silikon kauçuğu) ve termoplastik (PE, PP, PVC) içine (fındık kabuğundan izole edilmiş) lignin katkılanıp, ligninin polimerlere antistatik özelliği kazandırdığı dokunma elektriklenmesi ile elektriklenmiş polimerlerin net yük ölçümleriyle gösterilmektedir. Bu ölçümlere göre ligninin konsantrasyonu artırıldığında ya da parçacık büyüklüğü azaltıldığında, yani radikal tuzaklayıcısı lignin grupları olan OH grupları artırıldığında (bu artış, 31P-NMR ile kanıtlanmaktadır), polimerler daha az elektrik yükü barındırabilmektedirler. Lignin katkılanan polimerlerin göstermekte olduğu bu antistatik özelliğin radikal tuzaklayıcı mekanizma ile olduğu ve polimerin iletkenliğinin artmasından dolayı olmadığı da çalışmada gösterilmiştir. Sonuç olarak, polimerleri ucuz ve kolaylıkla elde edilebilen lignin ile katkılayarak, yılda milyonlarca ton üretilen, genel kullanım polimerleri üzerinde elektrostatik yük birikiminin önlenmesi için daha evrensel, çevre dostu bir yöntem sunmaktayız.