Kenevir dolgulu polipropilen kompozitlerin hazırlanması ve reolojik özelliklerinin incelenmesi
Preparation of hemp filled polypropylene (PP) composites andinvestigation of their rheological properties
Yazar: ÜMMÜHAN YALMAN
Danışman: PROF. DR. İSMAİL AYDIN
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Proses ve Reaktör Tasarımı Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Kenevir = Hemp ; Kompozitler = Composites ; Reoloji = Rheology ; Viskozite = Viscosity

Özet:
Kompozit malzemelerde takviye bileşeni olarak kenevir fiberlerin kullanımı, sürdürülebilir ve geri dönüştürülebilir malzemelerin geliştirilmesine yönelik artan taleple birlikte son yıllarda artış göstermiştir. Bu tez çalışması kapsamında üretilen polipropilen (PP) esaslı termoplastik kompozit malzemelerde, ülkemizde yasal olarak üretimine izin verilerek yetiştirilen ve kendi öz kaynaklarımızdan elde ettiğimiz endüstriyel kenevir (Cannabis Sativa) saplarındaki lifler dolgu bileşeni olarak kullanılmıştır. Bitkinin sap kısımlarından elde edilen kenevir liflerine yapısındaki hidrofilik bileşenleri ve safsızlıkları gidermek için alkali ön işlemi uygulanmıştır. Hazırlanan kompozit numunelerinde fiber-matris arayüzey yapışmasını artırmak için uyumlaştırıcı ajan olarak maleik anhidrit graft polipropilen (MAPP) kullanılmıştır. Kenevir fiber, PP ve MAPP molekülleri farklı bileşimlerde eriyik olarak harmanlanmıştır. Yapıdaki kenevir fiber ve MAPP oranının bileşim parametrelerine göre malzemelerin reolojik ve mekanik davranışları incelenmiştir. Örneklerin eriyik hal reolojik özellikleri frekans tarama ve uzama testleri ile belirlenmiştir. Frekans testi ile örneklerin saklanan, kayıp modülleri (G', G'') ve kompleks viskozite (η*) değerleri elde edilmiştir. Elde edilen bulgulara göre yapıdaki kenevir fiber oranı arttıkça düşük frekans değerlerinde malzemelerin kompleks viskozitelerinin arttığı, yüksek frekans değerlerinde malzemelerin kayma incelmesi davranışı gösterdiği tespit edilmiştir. Kenevir fiber bileşiminin artması ile malzemelerin elastik ve viskoz modül değerleri artış göstermiştir. Uyumlaştırıcı olarak kullanılan MAPP molekülü yapıda hem plastikleştirici hem de güçlendirici etki göstermiştir. Mekanik özellikler çekme testi ile belirlenmiştir. Çekme testi sonucunda kompozit harmanların çekme dayanımları (MPa) ve kompa uzaması (%) değerleri elde edilmiştir. Kenevir fiber/PP oranı arttıkça malzemelerin çekme dayanımları artmış, kopma uzaması değerleri düşmüştür.

Abstract:
The use of hemp fibers as a reinforcing component in composite materials has increased in recent years with the increasing demand for the development of sustainable and recyclable materials. Fibers in industrial hemp (Cannabis Sativa) stems, which are grown legally in our country and obtained from our own resources, were used as filler component in polypropylene (PP) based thermoplastic composite materials produced within the scope of this thesis. Alkali pre-treatment was applied to hemp fibers obtained from the stem parts of the plant to remove hydrophilic components and impurities in its structure. Maleic anhydride graft polypropylene (MAPP) was used as a compatibilizing agent to increase fiber-matrix interfacial adhesion in the prepared composite samples. Hemp fiber, PP and MAPP molecules are melt blended in different compositions. The rheological and mechanical behaviors of the materials were investigated according to the composition parameters of the hemp fiber and MAPP ratio in the structure. The melt state rheological properties of the samples were determined by frequency sweep and elongation tests. The stored, loss modulus (G', G'') and complex viscosity (η*) values of the samples were obtained by frequency sweep tests. According to the findings, it was determined that as the hemp fiber ratio in the structure increased, the complex viscosities of the materials increased at low frequency values, and the materials showed shear thinning behavior at high frequency values. With the increase of hemp fiber composition, the elastic and viscous modulus values of the materials increased. The MAPP molecule used as a compatibilizer showed both a plasticizing and strengthening effect in the structure. Mechanical properties were determined by tensile test. As a result of the tensile test, the tensile strength (MPa) and elongation at break (%) values of the composite blends were obtained. As the hemp fiber/PP ratio increased, the tensile strength of the materials increased and the elongation at break values decreased.