Yeni Keşif, Daha ‘Çevre Dostu’ Plastikler Üretmeye Yardımcı Olabilir
FAMU-FSU Mühendislik Koleji’ndeki araştırmacılar, sıcaklığın sürdürülebilir polimerler üzerindeki etkilerinde yeni keşiflerde bulundular. Bu keşifler, endüstrinin çevre için daha iyi plastikler üretmesine yardımcı olabilir.
Kimya ve Biyomedikal Mühendisliği Bölümü’nde profesör olan Rufina Alamo, “Yenilenemez bir kaynak olan petrolden yapılan plastikler, atıldıkları zaman toprağımızda ve suyumuzda çok uzun süre kalıyor” dedi. “Daha ‘çevre dostu’ plastikler üretebilmemiz için sürdürülebilir polimerlerin nasıl ısıtıldığını ve soğutulduğunu araştırıyoruz.”
Alamo ve şu anda Penn State’de doktora sonrası araştırma görevlisi olan eski doktora adayı Xiaoshi Zhang, yakın zamanda bu çalışmayı “yeşil” polimerlerin kristalleşmesine odaklanan bir dizi makalede yayınladı. En son makale, polimer bilimi için önde gelen bir dergi olan Macromolecules’de kapak makalesi olarak yayınlandı.
Alamo, “Plastiklerin nasıl yüksek oranda dönüştürülebileceğine dair dünya çapında bir motivasyon var” dedi. “Polimer kimyacıları ve fizikçiler, problematik plastik atıkları sona erdirmek amacıyla ikame malzemeler üretmek için yoğun çalışıyorlar.”
Proses için doğru sıcaklığın belirlenmesi, bilim insanlarının petrolden yapılan ucuz polimerlerin ekonomik olarak uygun ve sürdürülebilir polimerlerle değiştirilmesine yardımcı olacak daha iyi malzemeler üretmenin kilit noktasıdır.
Alamo, “İstenilen şekli elde etmek için polimerin nasıl eritildiği ve soğutulduğu önemlidir,” dedi. “Dönüşüm sürecini daha iyi anlayabilmek için kristalleşmenin karmaşıklıklarını anlamaya çalışıyoruz.”
Ekip, plastiklerde kullanılan “uzun aralıklı poliasetaller” adlı bir polimer türü üzerinde çalışıyor. Alamo’nun ekibinin kullandığı uzun aralıklı poliasetaller, Almanya’daki Konstanz Üniversitesi’ndeki bir laboratuvarda sentezlenen sürdürülebilir biyokütleden geliyor. Hassas eşit mesafelerde asetal gruplarla bağlanmış bir polietilen ana atom zinciri içerirler. Yapı, polietilenin tokluğunu asetal grubun hidrolitik bozunabilirliği ile birleştirir. Bu tip polimer güçlüdür ancak suyla bildiğimiz polimerlerden daha kolay parçalanır.
Alamo, “Keşfettiğimiz şey, bu tür polimerlerin eritildikten sonra soğutulduğunda alışılmadık bir şekilde kristalleşmesidir.” dedi.
Soğutma işlemi sırasında, erimiş plastikten yapılmış kıvrık spagetti iplikleri gibi görünen moleküller, kristaller oluşturmak için çözülür ve nihai malzemenin tokluğundan sorumludur. Alamo’nun grubu, polimer kristalleşmesinin kristal büyüme bölgesinde meydana gelen moleküler olaylar tarafından kontrol edildiğini gösterdi.
Araştırmacılar, hızlı bir şekilde soğutulduğunda bu poliasetallerin sert ve kristal hale geldiğini ve moleküllerin, “Form I” adı verilen bir kristal türünde kendi kendine birleştiğini keşfetti. Yavaşça soğutulduğunda ise malzeme yine oldukça kristaldir, ancak oluşan kristaller farklıdır ve “Form II” olarak adlandırılır. Orta sıcaklıklarda soğutulduğunda malzeme hiç katılaşmaz. Araştırmacılara göre, bu olgu başka hiçbir kristalli yapıya sahip bir polimerde gözlenmedi.
Alamo, “Kristallerin oluşması için öncelikle bir enerji bariyerinin aşılması gerekiyor” dedi. “Düşük sıcaklıklarda kristaller kolaylıkla oluşur. Yüksek sıcaklıklarda kristaller daha kararlıdır ve ara sıcaklıklarda kristaller oluşmak için rekabet eder ve malzeme katılaşamaz.”
“Bu önemli bir keşif çünkü kullandığımız plastiklerin nasıl katılaştığını anlamak için önemli bir nokta” dedi. “Sektöre mümkün olan en iyi dönüşüm süreçlerini temin etmek istiyoruz. Bükülmeyen veya katılaşmakta zorluk çekmeyen sürdürülebilir plastikler istiyoruz.”
Bu araştırma, üretimi daha ekonomik ve sürdürülebilir olacak yeni plastiklerin üretim yolları açabilir.
FSU’dan Stephanie Marxsen, Konstanz Üniversitesi’nden Patrick Ortmann ile Stefan Mecking, ek olarak Argonne Ulusal Laboratuvarı’ndan Xiaobing Zuo da bu çalışmaya katkıda bulundular. Lisans öğrencileri olan Sidney Cameron ve Michael Parkhurst da proje için deneysel veriler topladılar.
Bu araştırma, Ulusal Bilim Vakfı’ndan bir hibe ile desteklenmektedir.
Kaynak: azom.com
