Polimer Endüstrisinde Sürdürülebilirlik: Bölüm 2

Polimerler genellikle yapılarına göre termoplastik ve termoset olmak üzere iki ayrı sınıftan oluşur. Pratik bir ticari uygulamada ise polimer ürünler tek başına bir polimer hammaddesinden oluşmaz; ürün özelliklerinin iyileştirilmesi için birçok katkı maddesi (pigmentler, alev geciktiriciler vb.) eklenerek üretilir. Bir veya daha fazla polimerin eklenen katkı maddeleriyle oluşturduğu bu kompleks malzeme plastik olarak tanımlanır [1-3]. Yaygın olarak kullanılan ticari plastiklere polietilen tereftalat (PET), polistiren (PS), polivinilklorür (PVC), yüksek ve düşük yoğunluklu polietilen (HDPE, LDPE ve LLDPE) örnek verilebilir [1, 2].

Petrol esaslı olmaları, her bir uygulama için farklı kimyasal çeşitlilikte polimer ve katkı maddeleri içermeleri, kullanım sonrası oluşan kontrol edilemez atık yığınları oluşturmaları, plastiklerin sürdürülebilir olmalarının önünde büyük engellerdir [1-3]. Geri dönüşüm ve yeniden kullanım bu engellerin üstesinden gelmek için sürdürülebilir yöntemler olsa da plastiklerin karmaşık doğası bu yöntemlerin endüstriyel ölçekte uygulamasını zorlaştırmaktadır. Bunun yerine yaygın olarak tercih edilen düzenli depolama ve yakma, polimer sürdürülebilirliğine katkısı olmadığı gibi olumsuz çevresel etkileri ile uzak durulması gereken bertaraf yöntemleridir [2, 3]. Tüm bu etkiler, yenilenebilir hammaddelere dayanan sürdürülebilir polimer üretimini desteklemektedir. [4-6].

Yenilenebilir kaynaklardan sürdürülebilir polimerlerin nişasta, selüloz, lignin veya kitin gibi doğal yapı taşlarının kimyasal modifikasyonu yoluyla elde edilmesi üzerine çalışmalar yoğundur [3, 5-7]. Yenilenebilir monomerler kullanılarak, biyopolietilen (biyo-PE), biyo-poli(etilen tereftalat) (biyo-PET) ile poli(laktik asit) (PLA) ve poli(etilen 2,5-furandikarboksilat) (PEF) gibi sürdürülebilir biyo bazlı polimerler sentezlenebilir [4, 7]. Biyo bazlı polimerlerden üretilen sürdürülebilir polimer malzemeler, paketleme uygulamalarında, kullan-at hızlı tüketim ürünlerinde, otomotivde araçların kompozit parçalarında, biyo bazlı yapıştırıcılar ve kaplamalarda, tıp ve eczacılık uygulamalarında kullanılabilir [6, 7].

Polimer malzemelerin yenilenebilir kaynaklardan elde edilmesi sürdürülebilir polimer döngüsü oluşturmak için tek başına çözüm değildir. Malzemenin tüm yaşam döngüsü boyunca sürdürülebilir olması için polimerlerin geri dönüştürülebildiği bütüncül bir yaklaşım gerekir [1-4, 6]. Sürdürülebilir bir polimerin, toksik olmayan küçük moleküllere biyolojik olarak bozunma/parçalanma özelliğinde (biyobozunur) olması, plastik atık yönetiminden kaynaklanan çevresel sorunları azaltma kabiliyeti açısından önemlidir [3, 4]. Biyobozunmanın yanı sıra, mekanik veya kimyasal geri dönüşüm yöntemleri ile de plastik malzemelerin sürdürülebilirliğine katkı sağlanabilir. Mekanik yöntemler kullanılarak kullanım ömrünü tamamlamış plastiklerin kimyasal yapısını değiştirmeden geri dönüştürülmüş plastik ürünler elde etmek mümkündür. Plastik atıklar, kimyasal işlemler ile (katalitik depolimerizasyon, piroliz, solvoliz vb.) yeni üretimlerde kullanılabilir yapı taşlarına geri dönüştürülebilir [4, 6]. Son yıllarda, polimerlere kendini iyileştirebilme özelliği kazandırılmasıyla malzemelerin kullanım ömürlerinin uzamasının polimer sürdürülebilirliğine katkı sağlayacağı yaklaşımı oluşmuştur [3, 4].

Sürdürülebilir bir polimer ekonomisi oluşturmak için yukarıda açıklanan yöntemleri uygulamak tek başına yeterli değildir. Yenilenebilir kaynaklardan sürdürülebilir polimerlerin üretiminde kullanılacak tüm proseslerde ve bu sürdürülebilir polimerlerin yeniden işlenebilmesi ve geri dönüştürülebilmesi için kullanılacak tüm prosesler dahil olmak üzere daha az atık oluşturacak ve daha az hammadde ve enerji kullanacak şekilde sürdürülebilir yöntemlerin tasarlanması gerekir [1, 4, 6]. Etkili polimer sürdürülebilirliği için yapılması gereken önceden tasarlanmış yaşam döngülerine sahip polimerlerin geliştirilmesi ve bu polimerlerin endüstriyel ölçekli uygulanabilirliğinin sağlanmasıdır. Üretilen bu polimerlerin yaşam döngüsü boyunca çevresel etkilerinin takip edilebilmesi için yöntem ve ilkelerin belirlenmesi ve sorumluk bilincinin toplumun tüm paydaşlarına (devletler, sanayiler, son kullanıcılar vb.) yayılacak şekilde oluşturulması bütüncül bir döngüsel polimer ekonomisi için önemlidir [1- 7].

Referanslar

 [1] Zuin, V.G. Kümmerer, K. Chemistry and materials science for a sustainable circular polymeric economy. Nat Rev Mater 7, 76–78 (2022).

[2] Tarazona, N.A. Machatschek, R. Balcucho, J. et al. Opportunities and challenges for integrating the development of sustainable polymer materials within an international circular (bio)economy concept. MRS Energy & Sustainability 9, 28–34 (2022).

[3] Kam, C. Z. Kueh, A. B. H. Towards sustainable polymeric materials: zero waste, green and self-healing. Jurnal Teknologi vol. 74, no. 4, (2015).

[4] Fortman, D. J. Brutman, J. P.  De Hoe, G. X. Snyder, R. L. Dichtel, W. R.  Hillmyer M. A. Approaches to Sustainable and Continually Recyclable Cross-Linked Polymers. ACS Sustainable Chem. Eng. 6, 11145-11159 (2018).

[5] Scholten, P. B. V. Cai, J. Mathers, R. T. Polymers for a Sustainable Future, Macromol. Rapid Commun. 42, 2000745 (2021).

[6] Morneau, D. Sustainable polymers. Nat Rev Methods Primers 2, 45 (2022).

[7] Papageorgiou, G. Thinking Green: Sustainable Polymers from Renewable Resources. Polymers 10, 952 (2018).

Yazarlar: Duygu Kahraman                                                                                                    Tarih: Ekim 2022