PolimerNedir.comPolimerler hakkında bilmek istediğiniz herşey burada

Çevreye karşı duyarlılığın arttığı son yıllarda dikkat çeken polimerlerden biri olan poli(hidroksi alkanoat)lar, yenilenebilir kaynaklar kullanılarak sentezlenen doğrusal poliesterlerdir. Şeker ya da yağların bakteriyel fermentasyonu ile sentezlenen bu yeni nesil polimerler, biyo-çözünür, biyo-uyumlu ve gübrelenebilir (bio-compostable) polimerlerdir. Sentezlenen homopolimere ya da kopolimere bağlı olarak poli(hidroksi alkanoat)lar  termoplastik ya da elastomer polimerlerdir ve birçok uygulama alanında kullanılacak potansiyele sahiplerdir.

Şu ana kadar yapılan araştırmalar, 150′den fazla hidroksialkanoik asit tabanlı bileşiğin farklı poli(hidroksi alkanoat) (PHA) polimeri oluşturabileceğini göstermiştir. Bu kadar farklı PHA monomeri olması da PHA polimerlerinin fiziksel özelliklerinin istenilen uygulamaya göre özel olarak ayarlanabileceğinin ve değişik malzeme özellikleri elde edilebileceğinin göstergesidir.

PHA’ları değişik kriterlere göre de sınıflandırmak mümkündür. 150′den fazla bileşiğin oluşturduğu monomerler olmasına rağmen,genellikle PHA’lar zincirlerindeki karbon atomlarının sayısına bağlı olarak; 3-5 karbonlu kısa zincirli PHA’lar (kısa-zincirli-PHA; short chain length-PHA, scl-PHA), 6-14 karbonlu orta zincir uzunluğundaki PHA’lar (orta-uzunlukta-zincirli-PHA; medium chain length-PHA, mcl-PHA) ve 14 karbon atomundan fazla karbon atomu içeren uzun-zincirli PHA’lar olmak üzere 3 gruba ayrılabilmektedir. Bu farklılık, belirli sayıda karbon atomu içeren 3-hidroksialkanoatları tanıyan PHA sentezinin substrat spesifikliğinden kaynaklanmaktadır. Farklı tip PHA’lar değişik bakteriler kullanılarak elde edilir. Mesela, Alcaligenes eutrophus bakterisi poli-3-hidroksibitürat gibi kısa- zincirli-PHA (sclPHA) üretirken, Pseudomonas oleovorans bakterisi ise orta-uzunlukta-zincirli-PHA’lar üretir.

Birçok farklı tipte PHA sentezlenmesine rağmen hem endüstride hem de akademik çalışmaların çoğunda en yaygın görülen PHA türü poli(hidroksi bitürat) (PHB) ve hidroksivalerian asit (HV) içeren PHB kopolimerleridir. Bu sebeple PHA’ların fiziksel özellikleriyle ilgili bir çok bilgi PHB ve P(HB-ko-HV) polimerlerinden elde edilmiştir. Oldukça aktif bir bileşik olan hidroksibütirik asitten oluşan PHB polimerinin zincirinde metil yan-grubu bulunmaktadır. Yinelenen biriminde bulunan asimetrik karbon atomundan dolayı PHB polimeri tamamen stereospesifiktir ve çok yüksek kristalliğe sahiptir. Üretim şekline göre amorf yapıda olabileceği gibi %70′e kadar kristal yapıya da sahip olabilir. Kristal yapıda bulunan PHB kopolimerlerinin erime sıcaklığı 157-188°C arasında değişir ve bu sıcaklık polimerin termal olarak ayrıştığı (bozunduğu) sıcaklığa da yakındır.

Daha çok termoplastik polimer olarak üretilen PHA, geleneksel üretim teçhizatları kullanılarak proses edilebilir. Zincir yapısına ve yan gruplarına bağlı olarak, sünek ya da esnek olabilirler. Zincir içinde bulunan valerat oranı arttıkça PHA polimerinin darbe dayanımı, esnekliği, ve işlenebilirliği de artış gösterir. PHA’nın fiziksel özellikleri tabii ki kimyasal yapıya, yan gruplara, homo- ya da ko-polimer olmalarına bağlı olarak değişir. PHA morötesi (UV) ışınlara karşı dirençlidir ve düşük su (nem) geçirgenliği gösterir. Ancak, asit ve bazlara karşı direnci oldukça düşüktür. En yaygın PHA’ların başında gelen PHB, polipropilene yakın malzeme özellikleri gösterir: neme ve hava geçirgenliğine karşı direnci yüksektir. Neme dirençli olması, suda çözünmemesi ve optik saflık gibi özelliklere sahip PHB, diğer biyo-plastiklerden bu alanda farklılık gösterir. Ayrıca PHB oksijene karşı da oldukça dayanıklıdır.

Bakteri bazlı PHB’nin petrol-bazlı polietilen ve polipropilene eşdeğer hatta bazen daha üstün özelliklere sahip, biyo-çözünür ve biyo-uyumlu bir malzeme olması bu biyo-plastik grubunun endüstriyel öneminin her gün artmasına sebebiyet verir. Imperial Kimya Endüstrisi (Imperial Chemical Industry - ICI)  tarafından üretilen ilk PHA ko-poliesterlerinden biri olan BIOPOL®’ün üretiminden bu güne kadar biyoplastik endüstrisi çok gelişmiştir. BIOPOL® ilk olarak şişeleme ve paketleme endüstrisinde kullanılmasına rağmen zamanla tıbbi malzeme, tarımsal ürünler, protezler, hijyen ürünleri, sentetik kan damarı gibi biyo-malzemeler ile, yapışkanlar gibi birçok gündelik ihtiyaç plastiklerinde ve ileri teknoloji polimer sistemlerinde kullanılmaya başlanmıştır.

Termoplastik bir biyo-poliester olan PHB’nin, kolayca şekillendirilebildiği ve parçalanabildiği için özellikle paketleme endüstrisinde kullanımı tercih edilmektedir. Hem PHB’yi hem de PHB-kopolimerlerini kalıplamak, sekillendirmek, elyaf haline dönüştürmek ve film olarak üretmek de mümkündür. Ayrıca, PHA polimerlerini diğer biyo-plastikler ya da petrol-bazlı plastiklerle karıştırarak elde edilen polimer karışımları ile, PHA’ların hali hazırda sahip oldukları özellikleri daha da geliştirmek ve uygulama alanlarını genişletmek mümkündür. PHB polimer zinciri omurgasına eklenen 3-hidroksivalerat (HV) gibi monomerlerle oluşturulan kopolimerle ya da PHB ile karıştırılan diğer polimerlerle oluşan karışımların, PHB’nin kırılganlığını azalttığı bildirilmektedir. HV monomer parça sayısı arttırılarak PHB’nin erime noktası düşürülebilirken polimer bozunma sıcaklığına gelmeden proses edilebildiği için, polimerin işlenmesini kolaylaştırmak mümkündür.

PHA olarak sentezlenen doğal poliesterlerin tıp ve eczacılık gibi sağlık endüstrisinde ve tüketici ürünleri olarak genel olarak ticari endüstride uygulanabilirliğini genişletmek için PHA’ların moleküler tabanda geliştirilmesi gereklidir. PHA’nın polimer zinciri yapısında yapılan moleküler değişikliklere örnek olarak hidroksil, karboksil, halojen, amin grupları gibi fonksiyonel grupların eklenmesini; ya da doğrusal polimer zincirinin yapısını tamamen değiştiretek blok, dallanmış ve çapraz bağlı kopolimerlerin hazırlanmasını sayabiliriz.

PHA plastikleri genellikle enjeksiyon kalıplama, ekstrüzyon ile film ve içi boş ünite ekstrüzyonu teknikleri kullanılarak proses edilir. Dünyada PHA polimeri üzerine araştırma yapan birçok şirket vardır, ancak en büyük PHA üreticileri Metabolix, PHB Industrial SA (Biocycle), Tianan Biologic Material Co, Biomer, ve Bio-on firmalarıdır.

Ek bilgiler:

Bakteriyel fermentasyon: Polihidroksialkanoat (PHA) olarak adlandırılan biyoplastikler, değişik besin ve çevre koşulları altında gelişen mikro-organizmalar tarafından, mikro-organizmanın zorlu koşullarda canlı kalabilmesi için hücrelerinin içinde depoladıkları granüller halinde biriktirilen polimerlerdir. Bu hücre içi depo materyalinin bakterilerde, insandaki yağ ve bitkilerdeki nişasta gibi rol oynadığı, bakterinin karbon ve enerji depolamak için kullandığı bilinmektedir.