Yeşil kompozitler

Yeşil kompozitler ya da biyokompozitler olarak da adlandırılır; yenilenebilir kaynaklardan veya biyolojik maddelerden kaynaklanan hem takviyelerden hem de polimer matris fazından oluşan farklı türde biyo-kompozit malzemeler olarak tanımlanmaktadır. Yeşil kompozitler, çok çeşitli takviye elemanı ve matris malzemelerin kullanımına uygun, iyi mukavemet ve boşluklu yapılarından dolayı iyi ses yalıtım özelliğine sahip, kolayca işlenebilen ve yeni üretim teknikleri gerektirmeyen, mikro ya da nano seviyede çalışılabilen, geri dönüştürülebilir, yenilenebilir, sürdürülebilir doğa dostu malzemelerdir. Yakın  geçmişte  kendini  dünyaya  kısa  bir  sürede  tanıtan  kompozit  malzemeler  uzay-hava sistemleri,  otomotiv,  spor  eşyaları  gibi  birçok  gündelik  alanlarda  vazgeçilemez  hale  gelmiştir. Genellikle  kompozit malzemeler,  çeşitli  biçimlerde  tasarlanabilir  olmalarına  karşın  çoğunlukla epoksi,  polipropilen,  polietilen  vs.  bir polimer  matrise  cam,  karbon,  aramid  veya ultra yüksek moleküler ağırlıklı polietilen (Ultra High Molecular Weight Polyethylene; UHMWPE) liflerin takviyesiyle meydana gelmektedirler. Kompozit malzeme kullanımı  artmasının  avantajı  olmasının  yanında  oluşacak  malzeme  için  tüketilen  atıklar  sorun oluşturmaktadır. Ayrıca kompozit malzemeler iki farklı (lif ve matris ) malzemeden meydana geliyor olması geri dönüşümünü zorlaştırmaktadır.

Son dönemlerde, yüksek performanslı takviye fiberleri olarak hayvansal kaynaklı fiberlerin kullanıldığı kompozit üretimi de artmaktadır. Yeni yaklaşım, ister bitkisel ister hayvansal temelli olsun fiberlerin, doğal atık ürünlerden seçilmesi yönündedir.

Çevre sorunlarına ilişkin küresel farkındalık, yenilenebilir kaynaklara dayalı, geri dönüştürülebilir ve biyolojik olarak parçalanabilen sürdürülebilir ve çevre dostu yeşil malzemelerin ortaya çıkmasına neden olmuştur. Yeşil kompozit malzemeler geliştirmek için geleneksel sentetik liflerin yerine kenevir, keten, jüt, kenaf ve sisal gibi doğal lifler kullanılmıştır. Ek olarak, biyopolimerler veya biyoreçineler şeklindeki matris malzemeleri; nişasta, bitkisel yağlar ve proteinden türetilmiştir. Yeşil kompozitler, yeni nesil sürdürülebilir kompozit malzemelerdir ve doğal lifleri doğal reçinelerle birleştirerek geri dönüştürülebilir veya tetikleme ile biyolojik olarak parçalanabilen hafif ve güçlü kompozitler oluşturur. Yenilenebilir kaynakların kullanımı, petrokimya ve minerallere olan ihtiyacı azaltır, bu da gezegende daha az doğal kaynak tükenme etkisine neden olur. Son yıllarda bu yeşil kompozitler için ticari ürünler ve uygulamalar geliştirilmiştir.

Takviye malzemeler

Gövdesel lifler 
Bitkilerin saplarından elde edilen selülozik liflere gövde lifleri denir. En önemli gövde lifleri keten, kenevir, jüt ve ramidir. Gövde lifleri, lif demetlerinin dayanıklılık düşük esneklik ve farklı uzunluklarda olması ile belirgin bir özelliğe sahiptir.

Keten 
Hem yağ ve tekstil hem de kompozit sanayinin hammaddesidir. Keten ürünlerinin tekstilde kullanımının yanında, dokusuz kumaşlarda ve kompozit ürünlerde kullanılması önemli oranda artmaktadır. Keten lifi biyolojik esaslı kompozitleri güçlendirir ve biyolojik olarak parçalanamayan ürünlerin miktarını azaltmaktadır. Lif eldesi için yetiştirilen ketenin gövdesi, tohum için yetiştirilenden daha uzun olup, dallanma da daha azdır. Tohum için yetiştirilen keten genellikle tekstil için gerekli olandan daha kaba olarak düşünülür ve kompozitler için (teknik derecede lif üretimi) bir seçenektir. Tohum için büyük miktarlarda yetiştirilen keten, tohumları alındıktan sonra yan ürün olarak kalmakta ve çevre açısından önemli sorun yaratmaktadır. Bu yüzden tohum için yetiştirilen bitkilerin liflerinin kompozitlerde kullanımı hem lif özellikleri hem de kalınlıkları açısından ürün geliştirmede avantajlar sağlarken, çevre sorununun çözümüne de yardımcı olmaktadır.

Kenevir 
Endüstriyel amaçlarla yetiştirilen Cannabis sativa bitki türüne aittir. Yapı malzemeleri, tekstil, kağıt, plastik ve biyo yakıt üretimi olarak geniş bir kullanım alanına sahiptir. Ketende olduğu gibi lif hücreleri, kabuk kısmında demetler halindedir. Lif üretimi ketende olduğu gibi çürütme, dövme ve taraklama işlemleri ile gerçekleştirilir. Lif uzunluğu 40–45 mm'dir. Parlak sarı veya esmer renklidir. Kenevir devlet kontrolünde üretilir; çünkü dişi kenevirde esrar adı verilen uyuşturucu bir madde salgısı vardır. Genellikle halat, urgan, yelken, çadır bezi, çuval yapımında ve halının çözgü ipliğinde kullanılır. Kullanım başlangıcı 50.000 yıl öncesine tarihlenebilir, sağlamlığı ve tuzlu suya dayanıklılığı nedeniyle gemi kanvas  yelkenleri, ağlar, arma, halatlar, yalıtım ve kalafat  olarak kullanılır. Henry Ford, kenevir liflerinden yapılmış bütün bir otomobil üretmiştir.

Jüt 
En uygun fiyatlı doğal liflerden biridir ve Asya ülkelerinde daha büyük miktarlarda üretilir. Çok yönlü doğası nedeniyle “altın elyaf” olarak adlandırılır. Jütün gövdesinde lif hücreleri demetler halinde bulunur. Jüt lifinin üretimi, çürütme yöntemi ile yapılmaktadır. Çürütme sonunda lif demetleri gövdeden elle soyularak ayrılmaktadır. Elde edilen liflerin boyu 18–25 cm’dir. İlk elde edildiğinde açık sarı olan lifler zaman geçtikçe açık kahverengiye döner. Esnekliği azdır. Dayanıklılığı keten ve kenevirden daha düşüktür. Jüt lifinin büyük bir kısmı çuval, ip, sicim ve örtü kumaşları  yapımında kullanılır. Aynı zamanda  Espadril lerde, zemin kaplamalarında, yumuşak jarse ve hırkalarda, ev kumaşlarında, yüksek performanslı teknik tekstillerde, kompozitlerde, jeotekstillerde ve daha fazlasında  kullanılır. Jüt lifi, özelliklerini kaybetmeden 200 °C sıcaklığa dayanabilir ve cam lifine benzer belirli bir modüle sahiptir.

Kenaf 
Sak lifi için tropiklerin birçok yerinde ve bazı subtropikal ve sıcak sıcaklık bölgelerinde yetişen Malvaceae familyasının otsu bir yıllıktır. Asya ve Orta Amerika'da bir kordon lifi olarak yaygın olarak yetiştirilmektedir. 6000 yıldan fazla bir süredir kenaf, öncelikle bir kordon mahsulü ve ikincil olarak bir hayvan yemi olarak kullanılmıştır. Kenafın çok çeşitli kağıt ürünleri (gazete kağıdı, yazı kağıdı ve oluklu mukavva) için mükemmel bir selüloz elyaf kaynağı olduğu belirlenmiştir. Son araştırmalar, yeni ve geri dönüştürülmüş plastiklerdeki yapı malzemeleri (suntalar), tekstiller, adsorbanlar ve liflerdeki uygunluğunu göstererek kenafın kullanım çeşitliliğini daha da artırmıştır.

Rami 
Eski çağlardan beri kullanılan bir bitki lifidir. Bilinen en eski bitkisel liflerden biri olması ile birlikte binlerce yıldır kullanılmaktadır. Pamuğun ortaya çıkmasından çok önce, MÖ 5000-3300 döneminde Mısır'da mumya bezlerinde kullanılmış ve yüzyıllar boyunca Çin'de yetiştirilmiştir. Rami, diğer saksı lifi bitkilerinden birkaç önemli özelliğiyle farklıdır. Temel fark, raminin uygun koşullar altında yılda altı defaya kadar hasat edilebilen dayanıklı birçok yıllık olmasıdır. Ayrıca faydalı mahsul ömrü 6 ila 20 yıl arasında değişmektedir. Rami elyafı yüksek kaliteli bir elyaf olarak kabul edilmektedir, ancak esas olarak gelişmekte olan ülkelerdeki üretiminde emek yoğundur ve mevcut koşullar altında ekonomik olması pek olası değildir. Lifin çıkarılması için biyokimyasal, kimyasal veya enzimatik işlem ihtiyacı da ciddi bir dezavantaj olarak görülmüştür.

Urena 
Parlak ve kremsi beyaz veya soluk sarı renktedir. Lif şeritleri yaklaşık 1 metre (3,3 fit) uzunluğundadır. Urena lifi ince, yumuşak ve esnektir ve kolayca boyanır. Görünüşü ve dayanıklılığı bakımından benzediği jüt gibi kullanılan urena, kordon, çuval bezi (kendir) ve halı malzemesi haline getirilmekte ve genellikle jüt veya diğer liflerle harmanlanmaktadır. Urena en iyi doğrudan güneş ışığı ve zengin, iyi drene edilmiş topraklarla sıcak, nemli iklimlerde büyür. Kuzey ve Güney Amerika'nın tropikal ve ılıman bölgelerinde ve Asya, Endonezya, Filipinler ve Afrika'da vahşi olarak bulunur. Genellikle yıllık olarak yetiştirilen ekili ürünler, çoğunlukla Kongo Havzası ve Orta Afrika'da bulunurken , daha küçük ekimler Brezilya, Hindistan ve Madagaskar'da bulunmaktadır. Bitkiler tam çiçek halindeyken hasat etmek, yüksek kaliteli bir lif verir. Bitkilerin sapları odunsu bitki tabanının üzerinde elle kesilir. Saplar çürütme işlemine tabi tutulduktan sonra lifler elle çıkarılır.

Isırgan otu 
Bu ottan elde edilen lif, bir tekstil lifi için gerekli tüm nitelikleri yerine getirmektedir. Bu lifin germe davranışı, lif inceliği ve uzunluğu tekstil prosesleri için yeterlidir. Lifin süper nem absorplama kabiliyeti  nihai ürün için rahatlık sağlamaktadır. Isırgan lifi el ile dokunulduğunda yumuşak ve hoş bir his verir. Isırgan otu lifinin düşük sürtünme yüzeyi ve düzgün ve pürüzsüz yapısından dolayı saf ısırgan otu karışımından iplik eğirmek zordur. Çok kısa lifler temizleme ve tarama işlemleri ile uzaklaştırıldıktan sonra istenilen iplik eldesi için diğer lifler ile harmanlanabilmektedir. Isırgan otu lifi, üst giysilerde, ceketlerde, denim kumaşlarda, masa örtülerinde, nevresimlerde ve halılarda kullanım alanı bulmaktadır.

Yaprak lifleri

Ananas lifi 
Bu lif (Pineapple Leaf Fiber: PALF), jüt lifi gibi, çok hücreli yapıda ve lignoselülozik bir liftir. Bromeliaceae ailesinin yenilebilir bir üyesi olan ananasın yaklaşık 2,000 çeşidi mevcuttur. Genellikle meyvesi için tropik bölgelerde yetiştirilen ananas, taze ya da meyve suyu olarak tüketilmektedir. Ananasın gövde ve yaprakları, beyaz, kremsi ve ipek gibi bir lifin kaynağıdır. Ananas lifi, inceliği, yumuşaklığı ve esnekliği nedeniyle kağıt üretiminde de kullanılmıştır. PALF, jütten daha ince olmasına karşın, pamuktan 10 kat daha kabadır. Tarım bazlı endüstrilerin inşası için önemli bir lif olarak görülen PALF’ın kullanımı, uygun fiziksel ve kimyasal özellik bilgilerinin eksikliği nedeniyle henüz tam olarak yaygınlaşmamıştır. Ananas liflerinin ortalama mukavemetleri 445 MPA olmasına ve Kevlar karbon lifleri ile kıyaslandığında düşük olmasına karşın, kritik olmayan uygulamalar için kompozitlerde destek olarak kullanıldığında, yeterli mukavemeti sağlamaktadırlar.

Muz lifi 
Doğal bir sak lifidir. Muz lifinin kimyasal bileşimi, selüloz, hemiselüloz ve lignindir. Son derece kuvvetli bir liftir. Yüksek nem emme özelliğine sahiptir. Nemi, çok hızlı biçimde emmektedir ve çabucak nemi dışarı atmaktadır. Ayrıca hızlıca kuruyan ve nefes alan yapıya sahiptir. Biyolojik olarak doğada parçalanabilir ve çevreye olumsuz etkisi yoktur; çevre dostu lif olarak sınıflandırılır. Ortalama inceliği 2.400 nanometre (nm)'dir. Pürüzsüz ve dayanıklı yapısıyla bilinen muz liflerinden üretilen eşyalar uzun yıllar kullanılabilmektedir. Terletmeyen doğal liflerden sağlık açısından problemi olmayan kumaşlar üretmek mümkündür. Bütünüyle doğal bir üretim süreci olması nedeniyle muz lifi, tüketicinin ilgisini bu yönüyle de çekmektedir. Muz lifi üretiminin bir faydası da bitki artıklarını geri dönüştürerek, çevreye ve ekonomiye artı değer katması da bir diğer önemli özelliğidir. Bu liflerden; kaba dokuma kumaşlar, halatlar, sicimler, çadırlar, dokuma kumaş, tuval, perdeler, alet çantaları ve ayakkabılar üretilmektedir. Muz lifi aynı zamanda yün ve pamuk ile harmanlanabilmektedir. Bu karışım sonucu battaniye, halı ve örtüler yapılabilmektedir.

Sisal lifi 
(Adı; Agave sisalana bitkisinin botanik adından türetilmiştir.) bitkinin yapraklarından elde edilmektedir. Yıllık hasat edilen bir bitkinin yapraklarından elde edilen sert doğal bir liftir. Bu bitki, dünya genelinde, çoğunlukla Kuzey ve Güney Amerika, Afrika, Batı Hint Adaları, Brezilya, Tanzanya, Hindistan ve Uzak Doğu gibi tropikal ve subtropikal bölgelerde bulunmaktadır. Sistematik olarak ekilmez ve demiryolu rayları boyunca ve tarım alanlarının çitleri boyunca yabani olarak büyümektedir. Bitkiler kalsiyum, magnezyum, potasyum, azot ve fosfor açısından zengin toprak gerektirir. Dünyada çeşitli sisal bitki türleri bulunmaktadır. Lif içeriği ayrıca bitkinin yaşına ve kaynağına göre değişir. Ucuzdur, düşük yoğunlukludur, yüksek özgül mukavemete ve elastik modüle sahiptir, kolayca temin edilebilir, çevre dostudur ve geri dönüştürülebilmektedir. Geleneksel olarak sisal lifi, ipler, hasırlar, halılar, balık ağları ve cüzdanlar, duvar askıları, masa örtüleri vb. gibi süslü eşyaların yapımında kullanılmaktadır. Sisal elyafın kompozitlerde takviye olarak kullanılması, ekonomik ve ekolojik hususlar tarafından yönlendirilmektedir. Son yıllarda çatı kaplama, yapı malzemeleri  ve otomotiv parçaları  gibi bazı uygulamalar gerçekleştirilmiştir.

Tohum lifleri

Pamuk 
Bir yıllık ömrü olan 1–2 m. boyunda bir bitkidir. Sıcak iklimde ve fazla yağışlı olmayan yerlerde yetişir. Pamuk bitkisinin açık sarı veya pembe çiçekleri vardır. Bu çiçekler olgunlaşma zamanında patlayan ceviz büyüklüğünde kozalar haline gelmektedirler. Üç-beş odacığa sahip kozanın her bir odacığı kahve tanesi büyüklüğünde on civarında tohum taneciği içermektedir. Her bir taneciğin yüzeyi çok ince tohum lifleri ile donatılmıştır. Hasat zamanı tohum lifleri patlamış kozalardan elle veya makinelerle toplanmaktaıdr. Tohum ile pamuk lifi çırçır makinelerinde yapılan çırçırlama işlemi sırasında birbirinden ayrılmaktadır. Bu lifler sıkıştırılarak balyalar halinde eğirme tesislerine götürülmektedirler. 

 Lif uzunluğu; 26mm ile 38mm ve daha fazla olabilmektedir.
 Lif inceliği; lifin uzunluğu ile doğru orantılıdır. Uzunluğu arttıkça inceliği de artmaktadır.
 Nem çekme özelliği; kendi ağırlığının %85’i kadar, aşırı nemli ortamda %32’si kadar nem çekmektedir.
 Buruşma özelliği; çok buruşur.
 Kopma dayanıklılığı; uzun lifler çok dayanıklıdır. 
 Sürtünme ve aşınma sağlamlığı; sürtünme sağlamlığı fazladır.

Meyve lifleri

Hindistan cevizi lifi 
Olgunlaşmamış  hindistan cevizi kabuğundan elde edilen doğal bir liftir. Hindistan cevizi meyvesi, Sri Lanka, Hindistan ve Pakistan başta olmak üzere genel olarak evkatora yakın Güneydoğu Asya ülkelerinde yetişmektedir. Hindistan cevizi, sıcak deniz suyuna batırılır ve ardından lifler, jüt lifi ile aynı işlemle, taranarak ve ezilerek kabuktan çıkarılmaktadır. Bireysel fiber hücreler, selülozdan yapılmış kalın duvarlarla dar ve oyuktur ve her hücre yaklaşık 1 mm uzunluğunda ve 10-20 um çapındadır. Ham hindistan cevizi lifleri, 15 ila 35 cm arasında değişen uzunluk ve 50 ila 300 arasında çap gösterir. (mikrometre: um). Olgunlaşmadıklarında ve duvarlarında bir lignin tabakası biriktiğinden sertleşip sarardıklarında Hindistan cevizi lifi iyi bir sertlik göstermektedir ve yer paspasları, fırçalar, şilteler, kaba dolgu malzemeleri ve döşemelik ürünlerde kullanılmaktadır.

Odunsu dolgular

Talaş 
Talaş, testereyle kesilen ya da rende, törpü, torna gibi araç ve tezgahlarda işlenen bir malzemeden dökülen kırıntı ve tozlardır. Ağaç malzemeden arta kalan odun talaşı yakıt olarak ya da sıkıştırılıp sunta gibi yapay ahşap levhalar yapımında kullanılırken, demir talaşı gibi metal malzemelerden arta kalan talaşlar ise tekrar eritilerek geri dönüşümde kullanılmaktadırlar.

 İnce Talaş ( Çam - Köknar - Ladin )
 Kaba Talaş ( Çam - Köknar - Ladin )

Otsu dolgular

Pirinç samanı 

Keten liflerininkine benzer şekilde, %63 ü  kristal selülozlu olmakla birlikte %64 selüloz oranına, 3.5 g/denye (450 MPa), %2.2 uzama ve 200 g/denye modülüne (26 GPa ) sahiptir. Burada belirtilen pirinç samanı lifleri, tarımsal bir yan üründen elde edilen diğer tüm doğal selüloz liflerinden daha iyi özelliklere sahiptir. Dünya çapında yıllık 580 milyon ton mevcudiyeti ile pirinç samanı, doğal selüloz lifleri için yıllık yenilenebilir, bol ve ucuz bir kaynaktır. Yüksek değerli lifli uygulamalar için pirinç samanı kullanmak, pirinç mahsullerine değer katmaya, lifler için sürdürülebilir bir kaynak sağlamaya ve ayrıca çevreye fayda sağlamaya yardımcı olacaktır.

Bambu lifi 

200’den fazla türü olan Asya, Amerika ve Afrika’da yetişen çok yıllık bir bitkidir. Sapların uzunluğu 10–15 cm'den başlayarak 40 metre üzerine çıkabilmektedir. Bambu lifi diğer selülozik elyafta bulunmayan doğallık, yumuşaklık ve serin tutma özelliğine sahiptir. Yumuşak bir tutuma, konfor özelliklerine, yüksek yıkama ve renk haslığına, anti-statik  özelliğe, alkali, asit ve mantarlara karşı yüksek dayanımı vardır. Bakterilerin üremesini engelleyen, geri dönüşümlü, nem emici ve vücudun nefes almasını sağlayan iyi bir geçirgenliğe sahiptir. Bambu elyafı (BE), uzun süredir inşaat amaçlı olduğu kadar endüstride kağıt hamuru ve kağıt için de yaygın olarak kullanılmaktadır.

Kamış 

Dünyadaki en yaygın ve yüksek verimli sulak alan bitki cinslerinden biridir. Kamış çok hızlı büyüdüğü için sık sık kesilir, dolayısıyla hammaddeyi yaygın olarak kullanılabilir hale getirir. Kazakistan'da sazlıklar göl kıyılarında geniş bir alanı kaplar ve sazlık alanları 2.000.000 hektar civarındadır. Tarih öncesi çağlardan beri, kamış insanlar tarafından inşaat uygulamalarında kullanılmıştır. Örneğin, kamış geleneksel olarak çatının açılması için kullanılmıştır. Ayrıca, son yıllarda birçok araştırmacı, inşaat uygulamalarına yenilenebilir bir malzeme olarak kamışı uygulamıştır.

Mısır kabuğu lifi 

Bu lifi kullanmanın temel çevresel faydası, aynı bitkiden lif ve yiyecek aldığınız için toprağın ve kaynakların korunmasıdır. Mısır kabuğu, coğrafi sınırlama olmaksızın yaygın olarak bulunmakta ve sınırlı ticari değere sahiptir. Bu nedenle, mısır kabukları, diğer herhangi bir tarımsal yan ürüne kıyasla önemli ekonomik faydalar sağlayan büyük miktarlarda doğal selüloz lifleri sağlama konusunda daha fazla umut vadetmektedir. Mısır tüm dünyada büyük miktarda yetiştirildiğinden, mısır kabuğu kolayca temin edilebilmektedir. Mısır kabuğu, yıllık olarak yenilenebilir, düşük maliyetli ve bol miktarda selülozik lif kaynağı sunmaktadır. Mısır kabuğundaki bireysel hücreler, liflerin liflere temasını ve yapışkanlığını geliştiren, liflerin bükülmesine yardımcı olan doğal kıvrımlara sahip gibi görünmektedir. Mısır kabuğu lifleri, bükülme yönünde aralıklı olarak tersine dönen şerit benzeri bükülmüş gibi görünmektedir.

Mısır kabuğu elyafından üretilen kumaş, yüksek dayanıklılık, bükülebilirlik ve yumuşaklık ile orta düzeyde mukavemet, tokluk ve yüksek uzama gibi ayırt edici bir avantaja sahiptir. Bu özellikler, mısır kabuğunu giyim, ev eşyaları ve benzeri uygulamalar için arzu edilen bir lif haline getirir.

Biyopolimerler (matris) 
Biyopolimerler, biyolojik olarak parçalanabilen yenilenebilir kaynaklardan elde edilen kimyasal moleküllerin yinelenen yapı taşlarından oluşan zincir yapılı moleküllerdir. Biyopolimerler genel olarak üç ana kategoride sınıflandırılabilir: Doğal, Sentetik ve Mikroorganizma kaynaklı polimerler.

Doğal polimerler

Selüloz 
Stabilite ve güç ile sonuçlanan istiflenmiş zincirlerle çok yapılandırılmıştır. Güç ve stabilite, glikojen bağlarıyla birleştirilen glikoz monomerlerinin neden olduğu daha düz selüloz şeklinden gelmektedir. Düz şekil, moleküllerin yakından paketlenmesini sağlamaktadır. Selüloz, bol kaynağı, biyouyumluluğu ve çevre dostu olması nedeniyle uygulamada çok yaygındır. Selüloz, büyük ölçüde nano-selüloz adı verilen nano-fibriller biçiminde kullanılmaktadır. Düşük konsantrasyonlarda sunulan nano-selüloz, şeffaf bir jel malzeme üretir. Bu malzeme, biyomedikal alanda çok yararlı olan biyolojik olarak parçalanabilen, homojen, yoğun filmler için kullanılabilmektedir.

Nişasta 

Ucuz bir biyolojik olarak parçalanabilen biyopolimerdir ve bol miktarda tedarik edilmektedir. Nişastanın elastikiyetini ve mukavemetini artıran mekanik özelliklerini artırmak için polimer matrisine nano lifler ve mikro lifler eklenebilmektedir. Lifler olmadan nişasta, neme duyarlılığı nedeniyle zayıf mekanik özelliklere sahiptir. Biyolojik olarak parçalanabilen ve yenilenebilir olan nişasta, plastikler ve farmasötik tabletler dahil olmak üzere birçok uygulamada kullanılmaktadır. Çoğu ortamda tamamen biyolojik olarak parçalanabildiğinden  sentetik reçinelerin yerine kullanılabilir ve böylece geleneksel reçinelerin karbon ayak izini azaltmaktadır.

Selüloz asetat 

Selülozik ürünler ve asit anhidrit arasındaki reaksiyondan üretilen modifiye edilmiş bir polisakkarit, selüloz asetat olarak tanımlanır. Yüksek derecede şeffaflık ve tokluk, bu biyolojik olarak parçalanabilen polimerin öne çıkan özellikleridir. Selüloz asetat üretim süreciyle ilgili ilk patent 19. yüzyılın sonlarında saklı tutulup Petrokimya bazlı polimerlerin yerini almıştır. Reçine olarak kullanılmak üzere, etkin bir kompozit polimer matrisi formüle etmek için sitrat plastikleştirici ile plastikleştirilir.

Aljinat 

Kahverengi deniz yosunundan elde edilen en bol deniz doğal polimeridir. Aljinat biyopolimer uygulamaları, paketleme, tekstil ve gıda endüstrisinden biyomedikal ve kimya mühendisliğine kadar uzanır. Aljinatın ilk uygulaması, jel benzeri ve emici özelliklerinin keşfedildiği yara örtüsü biçimindeydi. Aljinat, yaralara uygulandığında, iyileşme ve doku rejenerasyonu için optimal olan ve sabit bir sıcaklık ortamı sağlayan koruyucu bir jel tabakası üretmektedir. Ek olarak, çeşitli aljinat yoğunlukları ve lifli bileşim nedeniyle ilaç salım hızı kolaylıkla manipüle edilebildiğinden, bir ilaç dağıtım ortamı olarak aljinat ile gelişmeler olmuştur.

Jelatin 
Tip I kollajenden elde edilir ve kollajenin hayvan kemiklerinden, dokularından ve derisinden kısmi hidrolizi ile üretilir. İki tip jelatin, Tip A ve Tip B vardır. Tip A kolajen, kolajenin asit hidrolizi ile elde edilir ve %18,5 nitrojen içerir. Tip B, %18 nitrojen içeren ve amid grubu içermeyen alkali hidroliz ile elde edilmektedir. Yüksek sıcaklıklar jelatinin erimesine ve bobinler halinde bulunmasına neden olurken, daha düşük sıcaklıklar bobinden sarmal dönüşüme neden olmaktaıdr. Jelatin, NH2, SH ve COOH gibi jelatinin partikül olmayanlar ve biyomoleküller kullanılarak modifiye edilmesini sağlayan birçok fonksiyonel grup içerir. Jelatin, yara pansumanları, ilaç dağıtımı ve gen transfeksiyonu gibi uygulamalar için uygulanmasına izin veren bir Ekstraselüler Matriks proteinidir.

Kollajen 
Omurgalıların birincil yapısıdır ve memelilerde en bol bulunan proteindir. Bu nedenle kolajen, en kolay elde edilebilen biyopolimerlerden biridir ve birçok araştırma amacıyla kullanılmaktadır. Kollajen, mekanik yapısından dolayı yüksek çekme mukavemetine sahip olup, toksik olmayan, kolay emilebilen, biyolojik olarak parçalanabilen ve biyouyumlu bir malzemedir. Bu nedenle doku enfeksiyonu tedavisi, ilaç dağıtım sistemleri ve gen tedavisi gibi birçok tıbbi uygulamada kullanılmıştır.

Sentetik polimerler

Polilaktik asit (PLA) 

Mısır, nişasta ve şeker kamışı gibi doğal ve sürdürülebilen kaynaklardan elde edilen poli (α-hidroksi asit) ailesinden alifatik  bir polimerdir. L- ve D- izomerlerine sahip olan PLA; termoplastik özelliği, yüksek mekanik dayanımı ve biyobozunabilir olması nedeniyle endüstriyel alanda kullanılan polimerlere üstünlük sağlamaktadır. PLA, dört temel avantaja sahiptir: yenilenebilirlik, biyouyumluluk, üretimde düşük enerji kullanımı ve kolay işlenebilirliktir.

Poliglikolik asit (PGA) 
Poliglikolid veya poli (glikolik asit), biyolojik olarak parçalanabilen , termoplastik polimer ve en basit doğrusal alifatik bir polyesterdir. Polikondenzasyon veya halka açma polimerizasyonu yoluyla glikolik asitten başlanarak hazırlanabilir. PGA, 1954'ten beri sert bir elyaf oluşturan polimer olarak bilinmektedir. Çözünürlüğü düşük olduğundan denetimli salınımda matris olarak kullanımı sınırlıdır.

Polikaprolakton (PCL) 

İlk olarak 1930’ lu yılların başında Wallace Carothers’ ın çalışma grubu tarafından sentezlenmiş, mikroorganizmalar tarafından parçalanabilen sentetik bir polimerdir. PCL, pek çok polimerle uyumluluk gösterir, mevcutlar arasında en hidrofobik biyobozunabilir polimerdir. İlaç sanayinde PCL üzerinde geniş çalışmalar yapılmaktadır. Temel sınırlamalar ergime sıcaklığının düşük olması (Tm (Ergime sıcaklığı)  = 60 0C, Tg  (Camsı geçiş sıcaklığı)= -60 0C’), su absorbsiyon özelliğinden dolayı raf ömrünün kısa olması, mekanik özelliklerinin zayıf ve işlenmesinin zor olmasıdır. Kontrollü olarak ilaç, paketleme ve farmasötik alanlarda kullanılabilmektedir.

Polibütilen süksinat (PBS) 
Kemosentetik bir poliesterdir; 1,4-bütandial ve süksinik asidin polikondensasyon  uyla elde edilir. Yoğunluğu 1.26 g/cm3, kristalinitesi %40, erime noktası (Tm) ~113 0C, camsı geçiş sıcaklığı (Tg) -40 0C’dir. Polietilen ve polipropilen gibi çok kullanılan polimerlerle kıyaslanabilir mekanik özelliklere sahiptir; gerilme kuvveti 30-35 MPa, modülü ~450 MPa, kopmada uzaması ~%600’dür. PBS biyobozunabilirlik, ergiyik işlemleme ve termal ve kimyasal direnç gibi özellikleriyle termoplastik alifatik poliesterler benzerdir.

Mikroorganizma kaynaklı polimerler

Polihidroksi Bütirat (PHB) 
PHA’nın çok bilinen ve kullanılan kopolimeri polihidroksi bütirattır. İlk kez, Lemoigne tarafından, 1920'li yıllarda, topraktan izole edilen Bacillus megaterium bakterisinde bilinmeyen bir materyalin parçalanması sonucu rastlanılan 3-hidroksi bütirik asit, poli-3-hidroksibütirat homopoliesteri (PHB) olarak tanımlamıştırHidrofobik özellikteki PHB, %100 oranında doğada parçalanabilmektedir.

Polihidroksialkanoatlar (PHA) 
Bakteriyel plastik veya biyoplastik denilen ve petrokimyasal plastiklerin neden olduğu çevresel kirliliğe alternatif olarak ortaya çıkan poli-βhidroksialkanoatlar (PHA), geleneksel plastik potansiyeline sahip, fermentasyon sonucu üretilen polimerlerdir. PHA, bakteriler tarafından karbon ve enerji depolamak için üretilir. Bu polimerler, biyolojik olarak parçalanabilir özellikte olup, biyoplastik üretiminde kullanılmaktadır. PHA kopolimerlerinin kimyasal yapılarına göre bileşenleri farklıdır. PHA, petrol kökenli polimerlerin ve diğer biyoplastiklerin aksine UV ışınlarına dirençlidir ve 180 °C civarı sıcaklıklara dayanıklıdır. PHA’nın kristallik derecesi %70 civarındadır. İşlenebilirlilik özellikleri, darbe mukavemeti ve esnekliği valerat oranı arttıkça artmaktadır. PHA; kloroform, diklorometan ya da dikloroetan içinde çözünebilmektedir.

Kaynakça 

Kompozit malzemeler