Kauçuk ağaçlarından elde edilen doğal kauçuk, sınırlı bir kaynağa sahip bir hammaddedir. Öte yandan, sentetik olarak üretilen kauçuk, henüz doğal ürünün aşınma davranışına ulaşamamış ve bu da onu kamyon lastikleri için uygun hale getirmemiştir. Ancak şimdi, ilk kez, doğal kauçuktan yüzde 30 ila 50 daha az aşınma sağlayan yeni bir sentetik kauçuk türü geliştirilmiştir.
Kamyon lastikleri çok fazla yük taşır: Her gün taşıdıkları ağır yükler ve kat ettikleri uzun mesafeler nedeniyle, aşırı yıpranmaya maruz kalırlar. Bu nedenle, lastiklerin dişleri, kauçuk ağaçlarından elde edilen ve bugüne kadar en iyi aşınma özelliklerini gösteren doğal kauçuktan üretilmektedir. Şimdiye kadar, yapay olarak üretilen kauçuk, en azından bu açıdan doğal kauçuğun performansına ulaşamamıştır. Doğal kauçuğun sorunu, bu önemli hammaddenin tedarik güvenliğinin tehlike altında olmasıdır. Kauçuk ağacının anavatanı olan Brezilya’da, Microcyclusulei mantarı tüm plantasyonları tahrip etmektedir. Mantar, bugün önemli yetiştirme alanlarının bulunduğu Asya’ya geçerse, küresel kauçuk üretimi tehlikeye girecektir.
Optimize edilmiş aşınma davranışına sahip biyomimetik sentetik kauçuk (BISYKA)
Bu tehdit karşısında, Fraunhofer Uygulamalı Polimer Araştırmaları Enstitüsü IAP, Malzeme ve Sistemlerin Mikro Yapısı Enstitüsü IMWS, Moleküler Biyoloji ve Uygulamalı Ekoloji Enstitüsü IME, Malzeme Mekaniği Enstitüsü IWM ve Silikat Araştırmaları Enstitüsü ISC’deki araştırmacılar, sentetik kauçuğun özelliklerini optimize ettiler. Almanya’nın Schkopau belediyesindeki Fraunhofer Polimer Sentezi ve İşleme Pilot Tesis Merkezi PAZ’da projeyi yöneten Dr. Ulrich Wendler, “BISYKA adlı sentetik kauçukumuz – bu, Almanca’da ‘biyomimetik sentetik kauçuk’ anlamına gelen bir kısaltmadır – aslında doğal kauçuktan daha üstün özelliklere sahiptir” diyor. Fraunhofer PAZ, Fraunhofer IAP ve Fraunhofer IMWS’nin ortak bir girişimidir. “Sentetik kauçuktan üretilen lastikler, doğal kauçuktan üretilen eşdeğer lastiklere göre %30 daha az kütle kaybeder. Üstelik sentetik lastiklerin diş aşınması da yarı yarıya azdır. Ayrıca, sentetik kauçuk mevcut tesisler ve ekipmanlar kullanılarak endüstriyel ölçekte üretilebilir. Bu, sentetik kauçuğun doğal kauçuğa mükemmel bir alternatif olduğu anlamına gelir – yüksek performanslı kamyon lastikleri alanı da dahil olmak üzere.”
Karahindiba kauçuğunun hedefli analizi
Peki araştırmacılar bu yüksek performansı nasıl elde ettiler? Fraunhofer IME’de bilim adamları karahindibadan elde edilen kauçuğu incelediler. Kauçuk ağaçlarından elde edilen kauçuk gibi, karahindiba kauçuğunun da yüzde 95’i poliizopren içerirken, geri kalan yüzde ise proteinler veya lipitler gibi organik bileşenlerden oluşur. Karahindiba kauçuğunun ağaç kauçuğuna göre avantajı, ilkinde nesil süresinin sadece üç ay olması, ikincisinde ise yedi yıl olmasıdır. Bu da karahindibadan elde edilen kauçuğu, organik bileşenlerin kauçuk özellikleri üzerindeki etkisini araştırmak için ideal bir başlangıç noktası haline getirir. Bu amaçla, Fraunhofer araştırmacıları, ilgili temel organik bileşenleri hedefli bir şekilde ortadan kaldırdılar. Aşınma davranışı için önemli olan organik bileşenleri belirledikten sonra, Fraunhofer IAP araştırmacıları, yüksek mikro yapısal saflığa sahip işlevselleştirilmiş poliizopren ve ilgili biyomoleküllerden BISYKA kauçuğu sentezlediler. Fraunhofer IWM ve IMWS’deki meslektaşları, elde edilen kauçuk varyantlarının özelliklerini araştırdılar. Bunu yapmak için uzama kristalleşmesini kullandılar: Doğal kauçuğu üç katına kadar gerdiğinizde kristal bölgeler oluşur ve kauçuk sertleşir. Wendler, “BISYKA kauçuğunun uzama kristalleşmesi doğal kauçuğunkine eşittir” diye açıklıyor. Kamyon lastikleri üretilirken kauçuk genellikle karbon siyahı ile karıştırılır ve bu da lastiğin siyah renginin kaynağıdır. Ancak üreticiler, karbon siyahı yerine giderek daha fazla silikat ekliyorlar. Fraunhofer ISC’nin uzmanlığı burada devreye giriyor: Enstitüde bilim adamları, yeni silika dolgu maddelerinin otomotiv endüstrisinde doğal kauçuğa en uygun alternatifleri nasıl oluşturabileceğini araştırıyorlar.
Sentetik kauçuk, pratik testlerde etkileyici sonuçlar veriyor
BISYKA kauçuğun geliştirilmesinden sonra, test edildi: Uzama kristalleşmesinin vaat ettiği performansı gösterecek miydi? Araştırmacılar bu soruyu, araştırması için harici ve dolayısıyla bağımsız bir ortağa, Prüflabor Nord’a iletti. Bu amaçla, BISYKA’dan yapılmış dişli dört araba lastiği üretildi ve bunlar, doğal kauçuktan yapılmış dişli lastiklerle karşılaştırıldı. Testler, bir yönde 700 tur ve ardından diğer yönde 700 tur süren bir otomobilde doğrudan gerçekleştirildi. Peki sonuç ne oldu? Doğal kauçuk lastik testten sonra 850 gram hafiflemiş ve 0,94 milimetre sırt kaybetmişken, BISYKA lastik sadece 600 gram ve 0,47 milimetre sırt kaybetmişti. Sentetik kauçuğun yuvarlanma direnci de daha iyiydi: Doğal kauçuk, yuvarlanma direnci trafik ışığı etiketlemesinde C notu alırken, BISYKA daha yüksek olan B notunu aldı. “Şu ana kadar BISYKA lastik karışımıyla sadece ilk testleri gerçekleştirdik, ancak bunlar son derece umut verici. Bir sonraki adım olarak, BISYKA kauçuğunu daha da optimize etmek istiyoruz. Bu, her şeyden önce organik bileşenlerin oranını ve bileşimini ilgilendiriyor. Aynı zamanda, kamyon lastikleri için diş bileşiğinin formülünü yeni kauçuğa uyarlayacağız,” diyor Wendler. Şu anda araştırmacı ve ekibi, ürünü pazara sunacak işbirliği ortakları arıyor.
