Biyobozunur Dokusuz Yüzeyler Ve Kullanım Alanları

Deniz Duran1, Hatice Aktekeli2

1,2 Ege Üniversitesi – Mühendislik Fakültesi – Tekstil Mühendisliği Bölümü.

Özet

Dünya nüfusunun hızla artması, doğal kaynaklarımızın giderek tükenmesine ve çevre kirliliğinin artmasına sebep olmaktadır. Bu problemlere alternatif çözümler üretmek için son yıllarda birçok çalışma yapılmaktadır. Toplum bilinci giderek artmakta ve buna bağlı olarak geri dönüşümlü veya çevreye zarar vermeden yok olan, güvenli, biyolojik olarak çözünebilen sentetik materyallere karşı ilgi büyümektedir. Bu çalışma, doğada kendiliğinden yok olan, doğal tabanlı hammaddeler kullanılarak elde edilen polimer olan polilaktik asit (PLA) ve kullanım alanları ile ilgili araştırmayı içermektedir.

1.Giriş

Dünyadaki nüfus artışı ve endüstrileşme çevre sorunlarını da bera- berinde getirmiştir. Bu nedenle ‘sürdürülebilirlik’ son yıllarda tüm dünyanın önem verdiği bir konu haline gelmiştir. Tekstil endüstrisi de diğer birçok endüstri alanı gibi hammadde seçiminden üretim yöntemlerine sürdürülebilirliği destekleyen çözümlerin arayışı içerisindedir (Erten, 2004; Kalaycı vd., 2016).

Doğada bozunmaları çok uzun yıllar alan ve bozulmaya başladıklarında, çevreye zararlı kimyasallar yayan ve besin zincirimizi yavaş yavaş kirleten, bunun yanı sıra, yenilenemeyen enerjinin git gide azalmasına neden petrol türevli hammaddeler, oluşturduğu çevre kirliliğinin yanında, canlı hayatı için de ciddi bir tehdittir. Bu kapsamda petrol esaslı sentetik lifler yerine doğal tabanlı hammaddelerin kullanımı sürdürülebilir tekstil üretimine alternatif oluşturabilecek yöntemlerden birisidir. Bu nedenle, biyobozunur, çevreye zarar vermeyen, doğada atık bırakmadan yok olabilen polimerler önem arz etmektedir (Kalaycı vd., 2016; Çebin, 2016). Tekstil endüstrisinde en fazla kullanılan biyobozunur polimer olarak polilaktik asit(PLA) ile karşılaşılmaktadır.

  1. Polilaktik Asit(PLA)

Yinelenen birimleri laktik asitten oluşan polilaktik asit (PLA), ali- fatik poliesterler grubuna giren bir polimerdir. En önemli özelliklerinden biri, mısır, şeker kamışı ve buğday gibi nişasta zengini bitkisel kaynaklardan üretilen biyo-çözünür ve gübrelenebilir (compostable) bir termoplastik polimer olmasıdır.

Polilaktik asidi oluşturan laktid monomer, karbonhidrat fermentasyonu ya da kimyasal sentez yollarıyla üretilebilir. Günümüzde üretilen laktik asitlerin fermentasyon yoluyla üretilmektedir. PLA polimeri ise halka açılma polimerizasyonu mekanizmasıyla gerçekleşir. Bu yöntem ile yüksek molekül ağırlığına sahip PLA elde edilir(Ray, 2005).

PLA’nın Genel Özellikleri

  • PLA yenilenebilir kaynaklardan
  • PLA %100 biyobozunur bir Doğada 0-2 yıl gibi kısa bir zaman periyodunda kendiliğinden yok olmaktadır.
  • PLA doğada hiçbir tehlike yaratmadan parçalanabilen ve degredasyonu sırasında bulunduğu toprağı kirletmeyen ekolojik bir polimerdir.

PLA’nın Bozunması

PLA’nın doğada parçalanması 2 adımda gerçekleşmektedir:

1- Yüksek molekül ağırlığına sahip (Mn>4000) zincirler düşük molekül ağırlığına sahip oligomerlere hidrolize olur (reaksiyon asit ya da baz ilavesi ve sıcaklıkla nemin etkisiyle hızlanarak devam eder).

2- Mn<4000 olduğunda, çevrede bulunan mikroorganizmalar bozulma işlemine karbondioksit, su ve humus gibi daha küçük molekül ağırlıklı bileşikleri açığa çıkararak devam ederler(Farrington vd., 2005).

Şekil 1. İğneleme yönteminin şematik gösterimi(nptel.ac.in, 2018)

3.Dokusuz Yüzey Üretim Teknikleri

Polilaktik asit polimerleri dokusuz yüzey teknolojileri ile yüzey haline getirilerek yaygın kullanım alanı bulurlar. Bu amaçla en çok iğneleme ve eriyik üfleme yöntemi kullanılan yüzey oluşturma teknikleridir.

 3.1.İğneleme yöntemi

İğneleme yönteminde, lif balyaları açma ve harmanlama işleminden sonra hava akımı ile taraklara beslenir. Taraklandıktan sonra deveboynu adı verilen yapı ile tülbent serme ve katlama bandına gelir ve istenilen kalınlığa göre üst üste serilir. Bağsız haldeki elyafın oluşturduğu tülbentin kalınlığı boyunca iğneleme yapılır. Çentikli iğneler lifleri tülbentin bir yüzünden diğer yüzüne doğru hareket ettirerek karmaşık bir yapı meydana getirir, iğneleme esnasında gevşek bir halde olan örtüyü oluşturan elyaf ve filamentlerin bir kısmı iğnelere takılarak yukarı çıkar diğer bir kısmı yerinde kalır, iğnenin tekrar batması ile lifler aşağı doğru çekilir. Bu şekilde liflerin birbirine mekanik olarak bağlanması gerçekleştirilmiş olur.

3.2.Eriyik üfleme(meltblown) yöntemi

Meltblown yöntemi için kullanılan en yaygın ve mevcut tanım: tek aşamalı bir işlem olup, termoplastik hammaddenin ekstruder de eritilerek yüksek hızlı hava akımı ile düzelerden silindir üzerine mikro liflerin püskürtülerek kendi kendine bağlanmaları sonucu yüzey oluşturduğu yöntemdir.

Ekstruder de eritilen polimer madde yüksek hızda sıcak hava akımıyla düze deliklerinden püskürtülür ve mikro boyuttaki bu lifler toplama silindirine doğru ilerledikçe soğur ve katılaşır. Katılaşan lifler toplama silindirinde rastgele oryante olarak dokunmamış yüzeyi meydana getirir. Hava akımının oluşturduğu türbülans nedeniyle lifler hayli karmaşık konumlanırlar. Genellikle toplayıcı içerisine yerleştirilmiş bir vakum sıcak havayı geri çekmektedir(- Duran, 2004).

Şekil 2. Eriyik üfleme(meltblown) yönteminin şematik gösterimi(Tipper ve Guillemois, 2016)

4.Biyobozunur Dokusuz Yüzeylerin Kullanım Alanları

İğneleme ve eriyik üfleme teknikleri kullanılarak biyobozunur PLA ile üretilen dokusuz yüzeyler çok geniş uygulama alanı bulmaktadır.

Tekstil lifleri değişik insan organları yetiştirmek için kullanabilir. Bu proses insan organlarında yaşayan hücrelerin alınarak bir tekstil bazlı iskelede ekilmesi ve yetiştirilmesini içermektedir. Bu iskelet biyolojik uyumlu ve parçalanabilir polimerden üretilen biyo-parçalanır ve biyo-çözünür PLA gibi liflerden oluşmaktadır.

Bunların dışında PLA liflerinin medikal alanda kullanıldığı uygulamalar aşağıda verilmiştir:

  • Sinir zedelenmelerinde kullanılmak üzere özel membranlarda,
  • Vücuda implante edilebilen parçalarda,
  • Kontrollü ilaç salınım sistemlerinde,
  • Bandaj, yara kapama vs. malzemeler (Farrington vd., 2005). Ayrıca esneklik özellikleri nedeniyle bebek bezi ve kadın hijyeni piyasasında üst katman ve katkı tabakaları olarak kullanılmaktadır. PLA kendine otomotiv alanında ticari olarak uygulanabilme imkânı bulmuştur.
  • 2003 yılında Toyota Raum ve Prius modellerinde PLA zemin kaplaması olarak kullanılmıştır. Burada, PLA’nın son grubu kapatılarak hidroliz olayı engellenmiştir.
  • 2008’de Mazda kapı pervazı için PLA lifi kullanılmıştır.
  • Mitsubishi özel üretim aracında Naylon 6 ve PLA lifleri içeren zemin kaplaması kullanmıştır (Auras vd., 2010).

Tarım alanında ise PLA, kum torbaları, yabani ot önleme ağları, bitki ağları, saksılar gibi uygulamalarda kullanılmaktadır. Bu tip uygulamalar için önemli özellikler; kullanım esnasında yapısal bütünlüğün sürdürülmesi ve kullanımdan sonra toprak altındaki bozunma sürecidir(Üner ve Koçak, 2012).

5.Sonuç

Dünya nüfusunun hızla artması, doğal kaynaklarımız giderek tükenmesine ve çevre kirliliğinin artmasına alternatif çözümler üretmek için son yıllarda birçok çalışma yapılmaktadır. Buna bağlı olarak geri dönüşümlü veya çevreye zarar vermeden yok olan, güvenli, biyolojik olarak çözünebilen sentetik materyallere karşı ilgi büyümektedir.

Dokusuz yüzey yapıların üretiminde iplik hazırlığı, çözgü hazırlığı, terbiye işlemi vb. aşamaları içermediği için kısa sürede ve daha uygun maliyetle üretilebilmektedir. Daha çok petrol türevli hammaddelerin kullanıldığı dokusuz yüzey üretiminde son yıllarda biyobozunurluğun öneminin artmasıyla doğada kendiliğinden yok olan hammaddelerde kullanılmaya başlanmıştır.

Bunların ışığında, araştırmacılar bu çevreci hammaddelerin daha geniş alanda kullanılmasına yönelik araştırmalar sürdürmektedirler. Üstün lif özellikleri sayesinde kullanım alanı gün geçtikçe genişleyen bu çevre dostu liflerin, kullanımlarının daha da yaygınlaşacağı tahmin edilmektedir.

Kaynaklar

Auras, R., Lim, L.T, Selke, S.E.M., and Tsuji, H., 2010, Poly(lactic acid): Synthesis, Structures, Properties, Processing, and Applications, A John Wiley & Sons,Inc., Publication.

Çebin B., 2016, Plastik Poşet Kullanımının Çevreye Verdiği Zararlar, (Erişim Tarihi: 10 Mayıs 2017).

Duran, K., 2004, Dokusuz Yüzeyler, Teknik Fuarcılık Yayınları, İzmir, 408s.

Erten, S., 2004, Çevre Eğitimi Ve Çevre Bilinci Nedir, Çevre Eğitimi Nasıl Olmalıdır?, Çevre ve İnsan Dergisi, Çevre ve Orman Bakanlığı Yayın Organı, 65-66.

Farrington, D. W., Lunt, J., Davies, S., Blackburn, R. S., 2005, Biodegradable Sustainable Fibers, Chap-6,Poly(lactic acid) fibers, 191-220.

Kalaycı, E., Avinc, O. O., Bozkurt, A., Yavaş, A., (2016). Tarımsal atıklardan elde edilen sürdürülebilir tekstil lifleri: Ananas yaprağı lifleri. Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 20(2), 203-221. Ray S.S., Bousmina M., 2005, Biodegrable Polimer/Layered Silicate Nanocomposites, Progress in Materials Science, Vol. 50, No. 8. Tipper, M., Gullemois, E., 2016, Advances in Technical Nonwo- vens, Developments in the use of nonofibers in nonwovens, 115- 132.

Üner, İ., Koçak, E.D., 2012, Poli(Laktik Asit)’in Kullanım Alanları ve Nano Lif Üretimdeki Uygulamaları, İstanbul Ticaret Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 11(22), 79-88.

URL-1: www.total-corbion.com/about-pla/pla-lifecycle/, (Erişim Tarihi: 29 Ağustos 2018).

URL-2: www.nptel.ac.in, (Erişim Tarihi: 17 Ağustos 2018).