Pulperden ayrılan doğal ve sentetik atıklardan yeni nesil kompozit malzemelerin karakterizasyonu
The characterization of new generation composites from the mixture of natural and synthetic wastes remained in pulper
Yazar: ERTUĞRUL ALTUNTAŞ
Danışman: PROF. DR. M. HAKKI ALMA
Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Orman Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Endüstri Ürünleri Tasarımı = Industrial Design ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Odun = Wood ; Odun endüstrisi = Wood industry ; Odun hamuru = Wood pulp ; Odun teknolojisi = Wood technology ; Plastik deformasyon = Plastic deformation ; Plastik endüstrisi = Plastic industry

Özet:
Bu çalışmada, atık kağıt kullanan kağıt fabrikalarında pulperde kalan karışık olarak doğal (kağıt lifleri, odun parçacıkları), sentetik (termoset, termoplastik ve elastomer plastikler) ve inorganik (metal tel, cam ve kum) atıklar kullanılmıştır. Atıkların içerisine %5, %15, %25 oranında yüksek yoğunluklu polietilen (YYPE), alçak yoğunluklu polietilen (AYPE), polipropilen (PP) ve %1, %2, %3 oranında bağlayıcı (MAPE, MAPP) eklenmiştir. Lignoselülozikler ile uyumunu araştırmak için %5 oranında bitkisel kökenli lifsel katkılar (çam odunu testere talaşı, mısır koçanı, pirinç sapı ve buğday sapı) ilave edilmiştir. Üst yüzey özelliklerini geliştirmek için %5 oranında inorganik dolgu maddeleri (çimento, bentonit, gidya ve talk) katılmıştır. Elde edilen karışımlar ekstruder kullanarak ve kullanılmadan preslenerek yeni nesil kompozit malzemelerin üretilmesi gerçekleştirilmiştir. Üretilen yeni nesil kompozitlerin mekanik özelliklerinden; çekme direnci, çekmede elastikiyet modülü, eğilme direnci, eğilmede elastikiyet modülü ve şok direnci testleri; fiziksel özelliklerinden su alma, suda kalınlaşma ve genişleme, ısı iletim katsayısı analizi özgül ağırlık testleri; termal özelliklerden termogravimetrik analiz, diferansiyel tarama kalorimetre analizleri; kimyasal özelliklerden FT-IR testleri yapılmıştır.Yapılan çalışmalarda elde edilen sonuçlara göre; ekstruder kullanılarak hazırlanan örnekler incelendiğinde pulper atıkları içerisine YYPE, PP ve bağlayıcının oranı arttıkça şok direnci hariç mekanik özelliklerin ve fiziksel özelliklerin olumlu etkilendiği belirlenmiştir. AYPE, lignoselülozik ve inorganik maddelerin mekanik ve fiziksel özellikleri olumsuz etkilediği tespit edilmiştir. En iyi sonuçlar, pulper atıklarının içerisine %25 YYPE, PP ve %3 MAPP eklenerek elde edilen örnek gruplarından elde edilmiştir. Ekstruder aşaması kullanılmadan, pulper atıkları ve karışımlarının doğrudan preslenerek elde edilen sonuçlar incelendiğinde mekanik ve fiziksel özelliklerin; YYPE, PP, bağlayıcı, lignoselülozik ve inorganik maddelerin ilavesinin olumlu sonuç verdiği ancak AYPE ilavesinde mekanik özelliklerin düştüğü tespit edilmiştir.Pulper atıkları içerisine inorganik dolgu maddeleri eklenmiş ekstruder yöntemi kullanılarak kompozit levhalar üretilmiştir. Elde edilen levhaların mekanik ve fiziksel özelliklerin düştüğü belirlenmiştir. Ancak doğrudan ekstruder işlemi uygulanmayan doğrudan pres yöntemi kullanıldığında fiziksel ve mekanik değerler artmıştır. Böylece doğrudan presleme yönteminin ekstruder kullanılan yöntemle kıyaslanabilir olduğu belirlenmiştir.Ayrıca DSC sonuçları incelendiğinde atık malzeme içerisinde ağırlıklı olarak AYPE, YYPE ve PP atık plastik maddelerinin olduğu anlaşılmıştır. TGA sonuçlarına göre atık malzeme içerisinde lignoselülozik atıklar ve plastik atıkların olduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
In this study, the mixture of various natural (paper fiber, wood particles), synthetic (thermosetting, thermoplastic and elastomeric plastics) and inorganic (metal, glass and sand) wastes remained in pulper equipment used in waste paper-using mills, the so- called ?pulper rejects?, was evaluated for making new generation mills. The effects of additions of several thermoplastics (e.g., the high density polyethylene (HDPE), low density polyethylene (LDPE), polypropylene (PP), coupling agents (e.g., such as maleic anhydride-grafted polyethylene (MAPE) and maleic anhydride-grafted polypropylene (MAPP)), lignocellulosic fibers (e.g, pine wood sawdust, corncob, rice straw and wheat straw) and inorganic fillers (e.g., cement, bentonite, talc and gyttja) on the several mechanical (e.g., tensile strength, bending strength, young modulus and impact strength tests, physical (e.g., thermal properties, water uptake, swelling etc.) and chemical properties (FT-IR) of the pulper rejects-based composite were investigated. The effects of methods such as extrusion combined with compression and directly compression methods used for making pulper reject-based composite were studied as well. Additionally, the morphology of the composite was analyzed by using scanning electron microscope (SEM).The results showed that the pulper rejects could be used for the production of composite material to be used in several field. It was found that the additions of thermoplastic such as LDPE, HDPE and PP into pulper rejects improved the mechanical, physical properties of the pulper rejects-based composite obtained, respectively. The 25% addition of all the thermoplastics was found to be optimum level. The results also indicated that coupling agent such as MAPP and MAPE improved both mechanical and physical properties of the new generation composites, respectively. The optimum coupling agent ratio was 3% for all the production methods. In contrast, the addition of several lignocellulosic fibers was found to decrease slightly the mechanical and physical properties in the case of using extrusion method. However, the effect of lignocellulosic addition did not have significant effect on the properties of the composite when the compression molding method was used.Furthermore, the findings depicted that the addition of inorganic fillers into the composite reduced the mechanical and physical properties when using extrusion method. Yet, the addition of the fillers increased neatly the properties mentioned above. The results obtained from directly compression methods were comparable to the ones obtained from extrusion. However, in the case of addition of the thermoplastics the extrusion method resulted in better properties in comparison to directly compression one. Furthermore, DSC results showed that there were, mainly, three thermoplastic types, e.g., PE and PP, in pulper rejects. SEM results showed that even though we tried to remove the metallic waste efficiently, there were still available some of them.