DOĞAL ELYAF TAKVİYELİ KOMPOZİTLER

Petrol kaynaklarının sınırlı olması, dahası insanoğlunun bu kaynağı tüketiminin hız kesmeden devam etmesi nedeniyle, fosil yakıtlar yerine daha çevre dostu yenilenebilir enerji kaynaklarına yatırımların arttığı görülmektedir. Ayrıca petrol fiyatlarında yaşanan dalgalanmalar nedeniyle bu kaynağı farklı amaçlar için kullanan ve fiyat istikrarına

ihtiyaç duyan endüstrilerde çeşitli problemler ortaya çıkmaktadır. Sıralanan problemlere rağmen petrol üretimi ve tüketimi aynı hızda devam etse de bu fosil kaynaklardan elde edilen bazı plastiklere doğal liflerin eklenmesi önemli çevresel ve ekonomik avantajlar sağlayabilir. Dolayısıyla petrol bazlı yan ürünlerin çevre dostu doğal kaynaklar ile kombinasyonu sonucu yeni kompozit yapıların oluşturulması, yine birçoğu petrol kaynaklı olan sentetik fiberlerin kullanımın azaltılması konusunda büyük önem arz etmektedir.

Günümüzde küresel ısınma nedeniyle artan çevre bilinci ve yapı malzemelerinin uzun vadeli sürdürülebilirliğine olan ilgi, daha önce de ifade edildiği gibi sentetik petrol bazlı elyaf takviyeli kompozitlere karşı çevre dostu alternatiflerin geliştirilmesini teşvik etmiştir (Mohanty ve ark., 2000). Bu çevresel kaygılar ve sentetik elyaf takviyeli kompozitlerin belirtilen olumsuz yönleri, daha çevre dostu ve uygun maliyetli bir seçenek olan doğal elyaf takviyeli polimer kompozitler veya biyokompozitlerin kullanımının artmasına neden

olmaktadır. Yenilenemeyen kaynakların sonlu olması,

sürdürülebilirliğin sağlanması amacıyla rotanın yenilenebilir kaynaklara dönmesine sebebiyet vermekte ve bu hususta oluşan farkındalık her geçen gün daha fazla artmaktadır. Hatta, ihtiyaca cevap verebilecek yeni kompozit yapılar oluşturmak için yenilenebilir bitki kaynakları alanında giderek daha fazla araştırma yapıldığından dolayı bu yüzyılın selülozik yüzyıl olarak adlandırılabileceği bile dile getirilmektedir (Rowell, 2008). Easasıyla, doğal liflerin yenilenebilir ve sürdürülebilir olduğunu söylemek yerine doğal liflerin kaynağının

bitkiler olması sebebiyle yenilenebilir ve sürdürülebilir olanın liflerin kendisinin değil, canlı bitkiler olduğunu da vurgulamak gerekir. Yenilenebilir liflerin kaynağının ormanlar ve bitkiler olduğu göz önüne alınırsa, bu canlı yaşam alanlarına önem vermek gerektiği ve tarım arazileri ile canlı yaşamı destekleyen ekosistemleri riske atmayacak şekilde yönetmek ve kullanmak gerektiği bariz şekilde ortaya çıkmaktadır (Rowell, 2008).

Biyokompozit yapıların çevre dostu olması her ne kadar bu yapılara olan sempatiyi artırsa da, sentetik elyaf takviyeli kompozitlere göre daha düşük mukavemetleri ve rijitlikleri nedeniyle önceki yıllarda olan kullanımlarının görece olarak daha hafif yük taşıma uygulamaları ile sınırlı oduğu anlaşılmaktadır (Burgueno ve ark., 2004). Ancak yapılan araştırmalar, geliştirilen mühendislik ürünü biyokompozitlerin belirli fiziko-mekanik özelliklerinin, yapısal sentetik elyaf kompozitleri arasında daha düşük performanslı olan cam elyaf takviyeli kompozitler

ile karşılaştırılabilecek düzeye geldiğini göstermektedir (Mohanty ve

ark., 2001; Rout ve ark., 2001). Ayrıca literatürde aktarıldığına göre

daha yüksek polimerizasyon derecesine, selüloz içeriğine ve daha düşük bir mikrofibril açısına sahip olan liflerden üretilen doğal lifli veya yeşil biyokompozitler daha yüksek çekme modülü ve mukavemeti sergilemektedir (Gurunathan ve ark., 2015; Saba ve ark., 2017; ) (Wu ve Liao, 2014; Yu ve ark., 2014). Öte yandan polipropilen ve polietilen gibi poliolefinlere dayalı doğal elyaf destekli kompozitlerle ilgili de hatırı sayılır miktarda araştırma yapılmakta ve bu kompozitlerin otomotiv endüstrisi iç parçalarında kendisine uygulama alanları

bulmada başarılı olduğu da vurgulanmaktadır (Mohanty ve ark., 2002; Suddell, 2008; Zampaloni ve ark., 2007; Pandey ve ark., 2015).

Literatür incelendiğinde, doğal elyaflar ile ilgili olarak hafiflik, ekonomiklik ve farklı formlarda bulunma gibi avantajların olduğu belirtilmektedir. Ayrıca düşük yoğunluklara, karşılaştırılabilir malzeme özelliklerine, yüksek kalıplama esnekliğine sahiptir ve çevre dostu olması da bu elyafların, mika, kalsiyum karbonat ve cam gibi geleneksel dolgu malzemelerine karşı da makul bir alternatif haline getirmektedir (Pandey ve ark., 2010). Doğal elyaf takviyeli kompozitler oluşturulurken reçinenin veya doğal elyafın farklı varyasyonlarının kullanılması sonucu oluşturulan bu malzemeler ve biyokompozitler yakıt hücreleri, biyosensörler, kontrollü ilaç salma mekanizmaları ve elektroaktif kağıtlar gibi örneklerde kullanılabilmektedir. Bu durum doğal elyaf takviyeli kompozitler ve biyokompozitlerin günlük eşyalardan başlayarak havacılıktan uzay endüstrisine kadar farklı alanlarda da kullanılabilme potansiyelini ortaya koymaktadır.

Doğal elyaf takviyeli kompozitlerde kullanılan sentetik reçine esaslı kompozitlerin atık yönetimi ve doğada bozunma süreci konusunda da araştırmalar devam etmektedir. Kompozit yapılarda kullanılan çevre dostu polimerlerin doğada kendiliğinden biyolojik bozunmaya uğrayabilmesi gerekmektedir. Yenilenebilir kaynaklara dayanan bazı biyopolimerlerin sahip olduğu düşük karbon ayak izi nedeniyle biyokompozitlerin önemli bir bileşeni olma potansiyeli bulunmaktadır.

Biyopolimerler, hem yenilenemeyen hem de yenilenebilir

veya yenilenebilir biyolojik kaynaklardan elde edilen biyolojik olarak parçalanamayan malzemeleri ifade etmektedir (Mohanty ve ark., 2000). Başka bir deyişle, bir polimerin biyopolimer olarak adlandırılabilmesi için ya biyobozunur, biyobazlı ya da her ikisi birden olması gerekir (Pandey ve ark., 2015).

Doğal liflerin sayısı oldukça fazladır ve bu liflerin temel kimyasal yapısı her ne kadar lifin tipine ve kaynağına bağlı olarak değişse de, yapılarındaki bileşenler ve çeşitleri açısından benzerdir. Doğal lifin kendisi de bir kompozit olarak değerlendirilebilir çünkü amorf olan bir lignin ve hemiselüloz matrisinde sert, kristalli selüloz mikrofibrilleri ile pektin, vaks ve bazı suda çözünebilen bileşikler içermektedir (Stokke ve ark., 2013; Pandey ve ark., 2015). Ayrıca bitkisel yapılarda bulunması nedeniyle selüloz, dünyada bulunan en bol organik bileşiktir. Dahası selüloz, bitki hücresini ana yapısal bileşeni olduğu için hücre duvarlarına sağlamlığını, rijitliğini ve stabilitesini vermektedir. Öte yandan literatür çalışmalarında bir elyafta bulunan selüloz miktarı ile farklı uygulamalar için geliştirilen kompozit malzemelerin özellikleri ve performansı ile doğru orantılı bir ilişki olduğu belirtilmiştir (Pandey ve ark., 2015). Doğal liflerin bileşimleri için okuyucu (Faruk ve ark., 2012; Calistor ve ark., 2014) derleme kaynaklarını inceleyebilir.