Defne yaprağı ve dal atıklarının biyokompozit üretiminde değerlendirilmesi
Evaluation of laurel leaf and branch wastes in biocomposite production
Yazar: HÜSEYİN ONUR SEVER
Danışman: DOÇ. DR. NASIR NARLIOĞLU
İzmir Katip Çelebi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyokompozit Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Defne atıkları, defne yağı ve defne sabunu üretimi sonrası geriye kalan tohum posası, yaprak ve dal atıklarıdır. Bu çalışmada, defne dal ve yaprak atıklarının biyokompozit üretiminde değerlendirilmesi amaçlanmıştır. Polimer matris olarak Yüksek Yoğunluklu Polietilen (YYPE) ve Polipropilen (PP) kullanılmıştır. Defne dal ve yaprak atıkları öğütüldükten sonra dal ve yaprak unları haline getirilmiş ve ardından unlar elenerek tasnif edilmiştir.  İlk önce, dal ve yaprak unları eşit karışım oranlarında (%50 dal - %50 yaprak) ve ağırlıkça toplam %10-20-40 oranlarında ayrı ayrı YYPE ve PP içerisine eklenmiş ve ardından çift vidalı ekstrüderde karıştırılmıştır. Daha sonra, ekstrüde edilmiş dal ve yaprak unu katkılı YYPE ve PP karışımı pelletlerinden sıcak pres kalıplama tekniğine göre kompozit levhalar üretilmiştir. Üretilen levhaların özelliklerinin incelenmesi için mekanik testlerin yanı sıra su alma testleri, termal ve morfolojik analizler yapılmıştır. 
Mekanik test sonuçlarına göre defne dal ve yaprak unları YYPE ve PP matrisli kompozitlerin çekme dirençlerini olumsuz yönde etkilemiştir. Kompozitlerin eğilme direnci ve elastikiyet modüllerinde ise dolgu oranına bağlı olarak artış veya azalış görülmüştür. En yüksek çekme direnci değeri %10 dal unu katkılı YYPE levhada 21,12 MPa, %10 yaprak unu katkılı PP levha da ise 24,72 MPa'dır. Shore D sertlik testi sonuncuna göre dolgu oranındaki artış ile genel olarak sertliğin artığı görülmüştür. En yüksek Shore D sertlik değeri %40 dal unu katkılı YYPE levhada 63,18, %40 dal unu katkılı PP levhasında ise 72,57 olarak ölçülmüştür. Su alma testi sonuçlarına göre dolgu oranı artışına bağlı olarak su alma oranının artığı görülmüştür. Dördüncü hafta sonunda en yüksek su alma değeri %40 dal unu katkılı YYPE kompozitte %16,17 olarak, %40 dal unu katkılı PP kompozitte ise %16,2 olarak ölçülmüştür. Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) analizlerine göre mekanik özellikleri yüksek olan örneklerde dolgu maddesinin polimer matris içerisinde düzenli dağıldığı ve daha az boşluk içerdiği görülmüştür. Termo Gravimetrik Analiz (TGA) sonuçlarına göre polimer matrise eklenen defne atıklarının türü ve oranına bağlı olarak 1. aşama bozunma sıcaklıklarında önemli değişiklikler olduğu, 2. aşama bozunma sıcaklıklarında ise çok fazla değişme olmadığı görülmüştür. %20 dal unu katkılı YYPE kompozitin 1.aşama bozunma sıcaklığında en yüksek değer 341,5 °C ölçülmüştür. PP kompozitlerde ise 1.aşama en yüksek bozunma sıcaklığı değeri %5 dal ve yaprak unu karışımı katkılı kompozitte 337,68 °C ölçülmüştür. Diferansiyel Taramalı Kalorimetre (DSC) analizi sonuçlarına göre dal ve yaprak unlarının polimerlerin erime sıcaklıkları ve erime entalpilerini çok fazla değiştirmediği görülmüştür. YYPE matrisli numunelerde en yüksek entalpi değeri %20 yaprak unu katkılı kompozitte 156,5 J/g, en düşük entalpi değeri ise %40 yaprak unu katkılı kompozitte 94,75 J/g ölçülmüştür. PP matrisli numuneler incelendiğinde en yüksek entalpi değeri %40 dal unu katkılı kompozitte 130,18 J/g, en düşük entalpi değeri ise %10 yaprak unu katkılı kompozitte 58,63 J/g ölçülmüştür. 
Sonuç olarak; bu çalışmada üretilen biyokompozitler birçok kullanım yeri için diğer biyokompozitlere alternatif olabilecektir. Ayrıca, petrol türevi polimerler içerisine atık lignoselülozik maddelerin eklenmesi sonucunda hem fosil kaynakların tüketimi azaltılacak hem de daha düşük maliyetli kompozitler üretilecektir. Bunlara ek olarak, atıkların rasyonel şekilde değerlendirilmesi sonucunda yenilikçi bir malzeme elde edilerek çevreye önemli katkı sağlanacaktır.

Abstract:
Laurel wastes are the seed pulp, leaf and branch wastes left after the production of laurel oil and laurel soap. In this study, it was aimed to evaluate laurel branch and leaf wastes in biocomposite production. High Density Polyethylene (HDPE) and Polypropylene (PP) were used as polymer matrix. After the laurel branch and leaf wastes were ground, they were turned into branch and leaf flour, and then the flour was sifted and classified. First, branch and leaf flours were added separately to HDPE and PP in equal mixing ratios (50% branch - 50% leaf) and a total of 10-20-40% by weight, and then mixed in the twin-screw extruder. Then, composite sheets were produced from extruded branch and leaf flour-added HDPE and PP mixture pellets according to the hot press molding technique. Water absorption tests, thermal and morphological analyzes were carried out to examine the properties of the produced sheets in addition to mechanical tests.
According to mechanical test results, laurel branch and leaf flour negatively affected the tensile strength of HDPE and PP matrix composites. An increase or decrease was observed in bending strength and elasticity modulus of the composites depending on the filling ratio. The highest tensile strength value is 21.12 MPa in HDPE plate with 10% branch flour and 24.72 MPa in PP plate with 10% leaf flour additive. According to the results of the Shore D hardness test, it was observed that the hardness generally increased with the increase in the filling ratio. The highest Shore D hardness value was measured as 63.18 in HDPE plate with 40% branch flour additive, and 72.57 in PP plate with 40% branch flour additive. According to the water absorption test results, it was observed that the water absorption rate increased due to the increase in the filling ratio. The highest water uptake value was measured as 16.17% in HDPE composite with 40% branch flour addition and 16.2% in PP composite with 40% branch flour additive at the end of the fourth week. According to Scanning Electron Microscope (SEM) analysis, it was observed that the filler was evenly distributed in the polymer matrix and contained fewer voids in the samples with high mechanical properties. According to Thermo Gravimetric Analysis (TGA) results, it was observed that there were significant changes in the 1st stage decomposition temperatures depending on the type and ratio of laurel waste added to the polymer matrix, but there was not much change in the 2nd stage decomposition temperatures. The highest value in the 1st stage decomposition temperature of HDPE composite with 20% branch flour was measured as 341.5 °C. In PP composites, the highest decomposition temperature value in the first stage was measured as 337.68 °C in the composite containing 5% branch and leaf flour mixture. According to the results of Differential Scanning Calorimetry (DSC) analysis, it was seen that the melting temperatures and melting enthalpies of the polymers of branch and leaf flours did not change much. In HDPE matrix samples, the highest enthalpy value was measured as 156.15 J/g in the 20% leaf flour added composite, and the lowest enthalpy value was 94.75 J/g in the 40% leaf flour added composite. When PP matrix samples were examined, the highest enthalpy value was measured as 130.18 J/g in the composite with 40% branch flour addition, and the lowest enthalpy value was measured as 58.63 J/g in the composite with 10% leaf flour additive.
In conclusion; the biocomposites produced in this study can be an alternative to the other biocomposites for many uses. Additionally, the consumption of fossil resources will be reduced and lower-cost composites will be produced as a result of adding waste lignocellulosic materials into petroleum-derived polymers. In addition, a significant contribution to the environment will be made by obtaining an innovative material as a result of rational utilization of waste.