Biyobozunur polilaktik asit (PLA) odun kompozitlerin bazı teknik özelliklerinin geliştirilmesi

Abstract

Plastikler yirminci yüzyılın en önemli malzemesi olarak görülse de, özellikle okyanuslarda ve karada olumsuz etkileri giderek belirginleşmektedir. Araştırmacılar doğada kirliliğe sebep olmayan, kullanım ömrünü tamamladıktan sonra doğada hızlı bir şekilde bozunabilen plastiklerin üretilmesi ve geliştirilmesi için çalışmaları hızlandırmışlardır. Bu polimerlerden birisi hiç şüphesiz biyoteknoloji sayesinde geliştirilmiş biyolojik tabanlı, kolay çözünebilme ve biyobozunabilen özelliğe sahip polilaktik asit (PLA) malzemesidir. Ancak PLA polimerinin maliyeti, bazı fiziksel ve termal özellikleri onun yaygın olarak kullanımını kısıtlamaktadır. Özellikle PLA kompozitlerin üretiminde PLA ile dolgu maddeleri arasında yüksek uyumsuzluk birçok mekanik problemin oluşmasına sebep olmaktadır. Yapılan tez çalışmasında PLA kompozitlerin üretilmesinde kullanılabilecek maleik anhidritle graft edilmiş polilaktik asit (PLA-g-MA) geliştirilmiş ve kompozit malzemelerde uygulaması araştırılmıştır. Bunun için öncelikle dikumil peroksit ile ön muamele edilen PLA polimeri sonrasında maleik anhidrit ile muamele edilerek PLA-g-MA maddesinin üretilmesi sağlanmıştır. Üretilen PLA-g-MA malzemesi lignoselülozik ve inorganik katkılı PLA kompozitlerin üretilmesinde kullanılmıştır. Kompozitlerin üretilmesinde dolgu malzemesi olarak testere talaşı ve organik vermikülit maddesi kullanılmıştır. Kompozit malzemeler için üretilen PLA-g-MA graft malzemesinin ve kompozitlerin ATR-FTIR ile kimyasal özellikleri incelendi. Ayrıca kompozit örneklerin mekanik (eğilme, çekme direnci), fiziksel (yüzey sertliği, su alma testleri) ve termal (TGA, DSC) ve SEM analizleri yapılarak karakterize edilmişlerdir. Elde edilen sonuçlara göre genel olarak kompozit malzemelere eklenen PLA-g-MA maddesi kompozitlerin eğilme direnci, çekme direnci ve elastikiyet modülü sonuçlarını artırdığı saptanmıştır. ATR-FTIR sonuçlarına göre PLA-MA polimerin piklerinde saf PLA polimer piklerine göre derinleşmeler gözlemlenmiştir. Kompozitlerin sertlik sonuçları (Shore D) incelendiğinde vermikülit miktarının artması ile malzemenin sertliğinin önemli ölçüde arttığı gözlemlenmiştir. Sertlikte meydana gelen artış mekanik ve fiziksel özellikleri olumlu etkilemiştir. Kompozit malzemenin termal özelikleri incelendiği zaman PLA-g-MA bağlayıcı maddesinin kompozitlerin özelliklerini iyileştirdiği anlaşılmıştır. SEM görüntüleri incelendiğinde MA-PLA bağlayıcı maddesinin kullanıldığı kompozitlerin dokusunun kaynaşmış olduğu anlaşılmıştır. Elde edilen tüm sonuçlar göz önüne alındığı zaman PLA-g-MA bağlayıcı maddesinin PLA kompozitlerde kullanılması malzemenin özelliklerini iyileştirdiğini görülmektedir.

Researchers have accelerated the production and development of plastics that do not cause pollution in nature and which can rapidly degrade in nature after the end of their life. One of these polymers is undoubtedly polylactic acid (PLA) material developed by biotechnology and is easily soluble and biodegradable. However, the cost of PLA polymer, some physical and thermal properties limit its widespread use. Especially in the production of PLA composites, high incompatibility between PLA and fillers causes many mechanical problems. In this study, maleic anhydride grafted polylactic acid (PLA-g-MA) which can be used in the production of PLA composites was developed and its application in composite materials was investigated. Firstly PLA polymer pretreated with dicumyl peroxide and then treated with maleic anhydride to produce PLA-g-MA. The produced PLA-g-MA material was used to produce the PLA composites with lignocellulosic and inorganic. Sawdust and organic vermiculite were used as fillers in the production of composites. The chemical properties of PLA-g-MA graft material and the composites were examined by ATR-FTIR. Also the composite samples were characterized by mechanical (flexural, tensile resistance), physical (surface hardness (Shore D), water uptake tests), thermal gravimetric analysis (TGA), differential scanning calorimetry (DSC) and SEM analyzes. According to the results, it was found that PLA-g-MA added to composite materials generally increased the flexural strength, tensile strength and elastic modulus results. According to ATR-FTIR results, it was observed that the peaks of PLA-g-MA polymer were deeper than the peaks of pure PLA polymer. When the hardness results of the composites (Shore D) were examined, it was observed that the hardness of the material increased significantly with increasing amount of organic perlite. The increase in hardness positively affected the mechanical and physical properties. When the thermal properties of the composite material were examined, it was found that the PLA-g-MA coupling agent improved the properties of the composites. When SEM images were examined, it was found that the texture of the composites with PLA-g-MA was gapless. When all the results are taken into consideration, it is possible to say that the use of PLA-g-MA in PLA composites improves the technological properties of the material.