Poliolefin malzemelere (PP ve PE) katkı ve takviye malzemeleri ekleyerek kullanıma sunmanın amacı; mekanik özelliklerini iyileştirmek, sertlik özelliğini iyileştirmek, yüksek ısıya karşı dayanımını artırmak ve malzeme maliyetini düşürmektir. Bununla beraber son zamanlarda teknik uygulamalarda istenilen ağırlık ve yoğunluk ayarlamalarını sağlamak amacıyla da katkı ve takviye malzemeleri kullanılmaktadır. PP ve PE malzemelerin katkı ve takviye maddelerini şu şekilde kategorize edebiliriz. Bunlar, Mineral katkılar grubu talk, CaCO3, kaolin, mika, baryum sülfat v.b., doğal
organik katkılar grubu ağaç, jüt, kenevir, flax v.b., yapay (sentetik) organik katkılar grubu selüloz ve tam sentetik plastikler polyester veya aramid, karbon fiber, cam ve diğer mineral bazlı fiberler, özel amaçlı katkı maddeleri; demir oksit (manyetiklik), colloidal gümüş (antibakteriyal) v.b. (Gahleitner, 2001).
Kalsiyum Karbonat (CaCO3) doğal kaynaklardan elde edilen mineraller içinde gerek
miktar gerekse işlev bakımından en çok kullanılanlarındandır. Plastik endüstrisinde Kalsiyum Karbonat (CaCO3) kullanımı ABD’de yılda % 4-5 oranında büyüme
göstermektedir. Kalsiyum karbonatın göstermiş olduğu fiziksel ve kimyasal özellikleri Tablo 1.5’te sunulmuştur (Bleeck, M. ve Bleek, J., 1998).
Tablo 1.5 : Kalsiyum karbonatın göstermiş olduğu fiziksel ve kimyasal özellikleri (Wypych, 2000)
Erime noktası 1339 oC
Bozulma sıcaklığı 1150 oC Yanma sırasında kaybolma oranı % 43,5
Yüzey gerilimi 207 mJ/m2
Poisson oranı 0,27
Nem içeriği % 0,01-0,5
Suda çözünme miktarı % 0,99x10-8 Sulu çözeltisinin pH oranı 9-9,5 Yağ absorbsiyonu 13-21 gr/100gr
Yer kabuğunda bulunan mineraller içinde endüstriyel alanda en çok kullanılanı kalsiyum karbonattır. Kalsiyum karbonat’ın dünyanın çeşitli bölgelerinde geniş çaplı üretimi mevcuttur. Kalsiyum karbonat minerali doğada mermer, kireçtaşı (limestone), kalsit, talk, aragonit gibi çok çeşitli şekillerde bulunur. Kalsiyum karbonat minerali endüstride beyazlatma, düşük abrazyon direnci, kolay temin edilebilme, geniş tane büyüklüğü çeşitleri ve düşük fiyatıyla diğer takviye edici malzemelerin önüne geçmektedir. Kalsiyum karbonatın üç temel tane büyüklüğü bulunmaktadır. Bunlar; kaba tane, ince tane ve çökeltilmiş tane şeklinde sıralanır (Desai, 1992).
Kalsiyum karbonat’ın öğütme işlemi istenen optik özellikler ve hammaddenin saflık derecesine göre kuru yada yaş yapılabilir. Ortalama tane büyüklüğü 70 µm den büyük kalsiyum karbonat eldesi için kuru kaba kireç taşı tercih edilir. Ortalama 0,7 µm büyüklüğünde kalsiyum karbonat eldesi için ise çok ince çökeltilmiş taneler hammadde olarak kullanılır. En çok kullanılan tane boyutlu kalsiyum karbonat ortalama 20 µm den küçük taneli kalsiyum karbonat türüdür. Kalsiyum karbonat minerallerinin çeşitli SEM fotoğrafları Şekil 1.25’de görülmektedir. En üstteki fotoğraf öğütülmüş kalsiyum karbonat, ortadaki fotoğraf ince öğütülmüş kalsiyum karbonat ve altta kireçtaşının fotoğrafı görülüyor (Desai, 1992).
A
B C
Şekil 1.25: Kalsiyum karbonat minerallerinin çeşitli SEM fotoğrafları A – öğütülmüş kalsiyum karbonat, B – ince öğütülmüş kalsiyum karbonat, C – kireçtaşı (Wypych, 2000)
Kalsiyum karbonat bir mineral adı olup karbonatlı kayaçları oluşturan bu mineralin kimyasal yapısı CaCO3’tür. Çeşitli şekillerde kristal halde bulunan (rombaeder,
skalenoeder şeklinde kristallenir) camsı parlaklıkta, renksiz saydam yapıdadır. Kolay öğütülür ve beyaz renkli bir toz elde edilir, sertliği Mohr’s skalasına göre 3, yoğunluğu ise 2,6-2.7 gr/cm3 civarındadır. Ülkemizde kalsiyum karbonat adı ile üretilen mineral karbonatlı kayaçların (kireç taşları, mermer, tebeşir) ana mineralidir. Kalsiyum karbonat kimyasal yapısı CaCO3 olan ve mikron boyutlarında
öğütüldükten sonra boya, kağıt, plastik v.b. birçok sektörde beyazlık, ucuzluk ve kazandırdığı özellikler nedeniyle mümkün olduğu kadar fazla kullanılan bir dolgu maddesidir (DPT, 2001).
Kalsiyum karbonat, sanayi toplumlarında kendi ülkelerinden veya ithalat yoluyla elde edilip ürünlere katılmaktadır ve kalsiyum karbonat tüketimi bir ülkenin sanayisinin gelişmişliğinin göstergesidir. Türkiye kalsiyum karbonat minerali kalitesi ve rezervleri bakımından çok zengindir. 1980’lerde 2-3 olan üretici sayısı günümüzde biri yabancı olmak üzere 20’ye yaklaşmıştır. Türkiye kalsiyum karbonat tüketimi ise 1980’li yıllarda 20-30.000 ton/yıl’dan 2000’lere gelindiğinde 300.000 ton/yıl’a yaklaşmıştır. Türkiye’nin kalsiyum karbonat tüketim miktarı hızla
artmaktadır. Kalsiyum karbonat çevreye en az zarar veren mineraldir. Birçok yabancı ülkede toprağı zenginleştirmek için karıştırılmaktadır ve kirlenen göllerin asitdik seviyesini düşürmek için kullanılmaktadır. Kalsiyum karbonat, Titanyum dioksit gibi çok pahalı pigmentlerin daha az kullanılmasını sağladığı için gerek ekonomik gerekse çevre sağlığını artırıcı (kağıt sektöründe daha az selüloz kullanılmasına neden olarak) rolü bulunmaktadır.Türkiye’deki rezervlerde; CaCO3 yüzdesi
yüksektir, Silis ve demir safsızlıkları çok düşük orandadır ve öğütüldükten sonraki beyazlık derecesi çok yüksektir.
Kalsiyum karbonat; plastik, mobilya, boru, otomotiv v.b. bir çok plastikten mamul ürün üretiminde gerek doğal öğütülmüş gerekse kaplanmış halde kullanılmaktadır. Kaplama çoğunlukla stearik asitle bazen de kalsiyum stearatla yapılmaktadır. Polipropilen (PP), polyamid (PA), ve polivinil klorür (PVC) reçineleri esas itibariyle kalsiyum karbonatın dolgu olarak kullanıldığı plastiklerdir. Plastik sektöründe başta kalsiyum karbonat olmak üzere benzeri dolgu maddelerinin kullanımı her yıl giderek artmıştır. Rengi, kimyasal safsızlığı, ucuzluğu ve bir çok nedenle dolgu olarak kalsiyum karbonat kullanılmaktadır. ABD ve Avrupa’da 3 milyon tonun üzerinde plastik sektöründe kalsiyum karbonat dolgusu kullanılmaktadır (DPT, 2001).
Kalsiyum karbonat yüksek yoğunluklu polietilen (HDPE) malzemelerde takviye elemanı olarak uzun zamandır kullanılmaktadır. Kalsiyum karbonat takviyesinin yüksek yoğunluklu polietilen (HDPE) malzemelerin sertliğini arttırdığı üzerine bir çok çalışma bulunmaktadır. Yüksek yoğunluklu polietilen (HDPE) malzemelere katılan inorganik katkı maddeleri malzemenin mekanik ve termomekanik özelliklerini iyileştirirken aynı zamanda darbe dayanımını azaltıcı etki gösterirler (Desai, 1992).
1.9 Takviye Edici Katkı Maddelerinin Polietilen Malzemelerin Yapısı ve