Yeni Kompozit Sayesinde Lignin ile Yenilenebilir 3D Baskı Malzemesi Üretiliyor

ABD Enerji Bakanlığı’na bağlı Oak Ridge Ulusal Laboratuarı’nda (ORNL) görevli bilim adamları, yenilenebilir 3 boyutlu baskı hammaddesi olarak kullanılmak üzere, biyo-arıtım işlemlerinde kuvvetli, kârlı ve yeni bir kullanım sağlayacak odun özü formülü geliştirdi.

Oak Ridge Ulusal Laboraturı; Science Advances’te duyurulan bu buluş ile biyokütlelerin işlenmesinden kalan atık malzeme olan lignine yeni kullanım alanları yaratarak, biyolojik ürün maliyetlerini düşürmede yeni başarılara imza atmış oldu. Lignin, bitkilere sertlik kazandırır ve ayrıca biyokütleyi, faydalı ürünlere ayrılmaya dirençli hale getirir. ORNL proje yöneticisi Amit Naskar, “Lignin için yeni kullanım alanları bulunmasıyla, tüm biyo-arıtma sürecinde maliyetlerin azaltılabileceğini” ifade etti. Araştırmacılar; baskı işlemi sırasındaki katmanlar arasında püskürtme ve kaynak mukavemeti için gereken doğru özelliklerin

yanı sıra mükemmel mekanik özelliklere de sahip bir kompozit yapmak amacıyla, eriyik stabil bir sert ağaçtan elde edilmiş lignin, normal plastik, düşük erime seviyeli naylon ve karbon fiberi bir araya getirdi. Lignin, kolaylıkla kömürleşen bir madde olup, petrol bazlı termoplastiklerden elde edilen akrilonitril-bütadiyen-stiren (ABS) gibi başlıca kompozitlerin aksine, yumuşatma ve 3 boyutlu bir baskı nozülünden ekstrüzyonlarda yalnızca belirli bir sıcaklığa kadar ısıtılması mümkündür. Uzun süre ısıya maruz kalması, viskozitesini önemli ölçüde arttırır ve çok kalın hale gelerek kalıptan çıkarılması

zorlaşır. Fakat araştırmacılar, lignini naylon ile birleştirdiklerinde şaşırtıcı bir sonuç elde ettiler: Kompozitin oda sıcaklığı sertliği artarken erime viskozitesi azalıyordu. Lignin ve naylon karışımı olan malzeme, tek başına naylona benzer gerilme mukavemetine sahipken, esasında geleneksel ABS ya da yüksek etkili polistirenden daha düşük bir viskozite seviyesine sahipti. Bilim adamları, Yoğun Akım İzotop Reaktöründe nötron saçılması gerçekleştirdiler ve bileşimin moleküler yapısını araştırmak amacıyla, ABD Enerji Bakanlığı’nın ORNL’deki Bilim Ofisi Kullanıcı Tesisleri ve Nanofaz Malzeme Bilimi Merkezi’nde gelişmiş mikroskopi olanaklarından faydalandılar. Naskar, lignin ve naylon kombinasyonunun, “kompozit üzerinde neredeyse kayganlaştırıcı ya da yumuşatıcı bir etki oluşturduğunu” belirtti. Projeye katılan ORNL görevlisi Ngoc Nguyen, “Ligninin yapısal özellikleri, malzemelerin 3B baskı özelliğini geliştirmede büyük önem taşımaktadır.” dedi.

Bilim adamları ayrıca, ligninde ağırlık olarak %40 ile 50 gibi büyük bir yüzdeyi karıştırarak, lignin bazlı baskı malzemesi elde etme çalışmalarında yeni bir başarıya imza attılar. ORNL’deki bilim adamları bunun üzerine karışıma %4 ile 16 oranında karbon fiber elyaf eklediler. Yeni kompozit daha kolay ısınmakta olup, daha hızlı baskı için etkin bir akış hızı elde ederek, güçlü bir ürün ortaya çıkmasını sağlıyor.