Termal oksidasyon işleminin geri dönüştürülmüş polietilende okso-biyobozunurluğuna etkisinin farklı çevre koşullarında incelenmesi
Investigation of the effect of thermal oxidation process on the oxo-biodegradability of recycled polyethylene in various environmental conditions
Yazar: SEMANUR YAVUZ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ BURCU DİDEM ÇORBACIOĞLU
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Plastikler ilk başta metal ve seramik ürünlere ikame ürün olarak geliştirilmiş olsa da günümüz dünyasında birçok sektörde yaygın olarak kullanılmaktadır. Gelişen teknoloji ile birlikte polimer yapılarında da birçok geliştirme yapılmış ve hayatımızın neredeyse vazgeçilmez malzemelerinden biri haline gelmiştir.
Ürün-fiyat performansının optimum olması; kolay ve farklı şekillerde üretilebilmesi geleneksel plastiklerin en bilinen özellikleridir. Elbette, plastiklerinin avantajlarının yanı sıra dezavantajlarının olduğu da bilinmektedir. Plastik atıklar, katı atık yönetimi konusunda başlıca sorun olarak ortaya çıkmaktadır. Temel özellikleri olarak korozyona uğramamaları, iklim koşullarından kısa süreli etkilenmemeleri ve bozunmaya karşı dirençli bir yapı gösteriyor olmaları plastik atıkların yönetimini daha da zorlaştırmaktadır.
Günümüzde plastik atık yönetimi için 3 farklı bertaraf yöntemi kullanılmaktadır; geridönüşüm(recycling), yakma(incineration) ve toprağa gömme (landfilling). Kaynağında plastik atık azaltma ve geridönüşüm en kolay yöntem gibi görünse de entegre katı atık yönetimi ele alındığında bütün plastik atıklar için ne yazık ki uygulanamamaktadır. Plastiklerin şekillendirilerek kullanılmaları atıkların aralarında kalan boşluklar sebebiyle toprağa gömülme sonrasında bozunmasını zorlaştırmaktadır.
Kullanılan plastiklerin yaşam döngüsünü üretimden beratarafına kadar takip etmek her zaman mümkün olmaktadır. Kontrolsüzce doğaya bırakılan plastik ambalajlar hem toprakta hem de denizlerde uzun süre bozunmadan kalabilmektedir. Bu durum plastiklerin ister kontrollü ister kontrolsüz bertarafı için kendiliğinden bozunur (self-degredable) özelliğinin olmasını kaçınılmaz kılmaktadır. Biyolojik kökenli polimerler sürdürülebilir bir çözüm olarak ortaya çıkmaktadır ancak konvansiyonel plastiklerin kullanım oranına bakılırsa üretim hacmi olarak plastik sektörünün bütün ihtiyacını karşılayamamaktadır. Günümüzde büyük hacimde biyoplastik üretimi, özellikle saf poliolefin ürünlere oranla daha yüksek maliyetlere sebep olduğundan tercih edilmemektedir. Biyoplastiklerin mekanik dayanımı ve diğer fiziksel, kimyasal özellikleri beklenen performansı gösterememektedir. Yeni gelişen teknoloji ile birlikte günümüzde okso-bozunur (oxo-degredable) plastikler ambalaj sektöründe ve tarımda kullanılan filmlerde tercih edilmektedir.
Bu çalışmada, plastiklerin bertarafı sırasında oluşabilecek sorunlara alternatif bir çözüm olarak nişasta katkısı ile okso-bozunur polietilen şeritler üretilmiş ve yapay iklimlendirme koşullarında bozunmaları incelenmiştir. Ticari olarak tedarik edilebilen nişasta bazlı plastik katkı malzemesi satın alınarak; orijinal polietilen, geri dönüştürülmüş polietilen ile bozunma performansı kıyaslanmıştır. Ticari ürün olarak satılan nişasta/polietilen karışımına muadil olarak orijinal polietilen yerine geri dönüştürülmüş polietilen kullanımı olasılığı incelenmiştir. Bu sayede ticari ürünün maliyetinin düşürülmesi amaçlanmıştır. Ayrıca, toprağa gömülerek (landfilling) bertaraf edilen plastiklerinin bozunumunu iyileştirmek ve alternatif bir yol geliştirmek amacıyla numunelere oksidasyon işlemi uygulanmıştır ve plastiklerin bozunma performansları toprak ve deniz ortamında kıyaslanmıştır.
Plastiklerin 120 günde kütle kaybı verileri incelenmiş, bozunan numunelerin FT-IR (Fourier Dönüşümlü Kızılötesi) testi, mukavemet testi yapılmış ve SEM (Taramalı elektron mikroskobu) görüntüleri elde edilmiştir.

Abstract:
Although plastics were initially developed to replace metal and ceramic products, they are now widely used in several industries. With the development of technology, several improvements have also been done in polymer structures which have become irreplaceable materials in our everyday lives.
Optimum product-price performance is one of the most well-known features of traditional plastics since they can be produced easily and differently. Yet, it has seen that plastics have not only advantages but also disadvantages. Plastic waste initially arises as a main issue regarding solid waste management. The characteristics of plastics come along with difficulty in corroding, not being affected by short-term effects from climatic conditions, and showing a structure resistant to degradation that makes the management of plastic waste even more difficult.
Currently, three different disposal methods are used for plastic waste management: recycling, incineration, and landfilling (disposal to the ground). Initially, plastic waste reduction and recycling may seem to be easier methods, yet, when considering integrated solid waste management is not applicable to all plastic waste. The fact that plastics are shaped for specific applications, but the structure of the material makes it difficult for them to degrade after filling into the soil due to the gaps occurred during piling up the wastes.
It has not always been possible to follow the life cycle of the used plastics from their production to their disposal. For example, during the washing phase, microplastics that are detached from textile fibers reach to oceans following the wastewater discharge. On the other hand, plastic packages that are left in nature uncontrollably can remain intact for a long time both in the soil and in the oceans. Therefore, the self-degradable property of plastics is inevitable for disposal either controllably or uncontrollably. Biobased polymers are emerging as a sustainable solution, but considering the usage rate of conventional plastics, they cannot meet all the needs of the plastics industry in terms of production volume. Recently, the production of bioplastics in large volumes is not preferred due to its higher costs compared to pure polyolefin products. Meanwhile, the mechanical strength and other physical and chemical properties of bioplastics cannot show the expected performance. With the advance of technology, oxo-degradable plastics are commonly used in the packaging sector and polyolefin films in agriculture.
In this study, oxo-degradable polyethylene strips were produced with the combination of starch as an alternative solution to the issues that may arise during the disposal of plastics. Also, their degradation was examined in various artificial environments. On the other hand, by purchasing starch-based plastic additive materials that are commercially available, degradation performance is compared between the original polyethylene and recycled polyethylene. In this study, it was aimed to understand the possibility of recycled polyethylene usage instead of the original polyethylene as an equivalent to starch/polyethylene blends that is sold as a commercial product (oxo-degradable additive). In addition, oxidation treatment has been applied to the samples along with comparing their degradation performances by aiming to improve the degradation of plastics that are disposed by landfilling and to develop an alternative disposal method. The mass loss data of plastics were measured after 120 days for soil and submarine conditions and calculated. FT-IR, and physical tests are implemented to reveal the structure of the polymer degradation. SEM images viewed to deep understanding of the blending morphology.