Polilaktik asit biyokompozitlerin geliştirilmesi ve mekanik modellenmesi
Development and mechanical modelling of polylactic acid biocomposites
Yazar: ÖZAY AKSOY
Danışman: PROF. DR. MEHMET ÖZGÜR SEYDİBEYOĞLU
İzmir Katip Çelebi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyokompozit Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Biyokompozit = Biocomposite ; Karakterizasyon = Characterization ; Mekanik modelleme = Mechanical modelling ; Polilaktik asit = Polylactic acid

Özet:
Türkiye'de yerel madenler kullanılarak biyokompozit hammaddelerin üretilmesinin ön hazırlık araştırılması, yerel bilimsel imkanlar kullanılarak teknik özelliklerinin ve farklı sektörler için mekanik ürünleştirme kapasitesinin belirlenmesi tez kapsamında gerçekleştirilmiştir. Yapılan çalışmada kullandığımız Polilaktik Asitin camsı geçiş sıcaklığı (Tg) 65 ºC olup gevrek bir polimerdir. Perlit, silikat içerikli volkanik bir kaya olup, hızlıca ısıtıldığı zaman cevher formundaki hacminin 20 katına kadar genleşebildiği görülmektedir.
Bu doktora tez çalışmasında, Polilaktik Asit ve farklı türde perlitleri karıştırıp yeni bir biyokompozit malzeme grubu üretilmiştir. Bu yeni malzeme grubundan mekanik bir ürün elde etmek için, biyokompozitlerin mekanik, reolojik ve termal özellikleri incelenmiştir. Araştırma esnasında, polilaktik asit, perlit ve kavak ağacı biyokompozitlerinin öncelikli olarak otomotiv ve züccaciye sektörleri için uygulama imkanlarının incelemesi hedeflenmiştir. Genleşmiş ve yarı işlenmiş formlardaki perlit numuneleri x-ışını floresans spektrometresi, x-ışını kırınımı, optik mikroskop, taramalı elektron mikroskobu, piknometre, Brunauer-Emmett-Teller yüzey alanı analizi, Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi, ısıl kütle kaybı analizi ile test edilmiş ardından ekstrüderde polilaktik asit ve polilaktik asit+kavak ağacı talaşı ile farklı yüzde oranlarında karıştırılmıştır. Son olarak üretilen biyokompozit numuneler çekme testi, reometre, ısıl kütle kaybı analizi, diferansiyel taramalı kalorimetre ile karakterize edilip Mathematica yazılımı kullanılarak mekanik modelleme yapılmıştır. Bu sayede polilaktik asit+perlit malzemesi matematiksel ve deneysel anlamda karakterize edilmiştir. Çalışmanın bu iki yönlü karakterizasyonu literatüre kazandırılmıştır. Gelinen aşamada standart mikromekanik yarı deneysel modeller kullanılarak malzeme davranışını tahmin etmek mümkün olmadığından, modifiye edilmiş Guth hesaplama yöntemi geliştirilmiştir.

Abstract:
In the scope of this doctoral thesis, preliminary research on biocomposite materials with domestic minerals, determination of technical properties and mechanic product realization capacities for different sectors using local scientific capabilities were performed. Polylactic Acid used in this study, is a brittle polymer whose glass transition temperature (Tg) is 65 ºC. Perlite is a silicate containing volcanic rock that can expand up to 20 times its volume in the ore form when heated rapidly.
In this doctoral thesis, PLA and different perlite samples were mixed and new biocomposite materials were produced. In order to obtain new products from these new materials; mechanical, rheological and thermal properties of biocomposites were investigated. During the research, it was aimed to examine the application possibilities of polylactic acid, perlite, poplar wood sawdust biocomposites primarily for the automotive and glassware sectors. In this context, perlite samples in expanded and semi-processed forms were tested with x-ray fluorescence spectroscopy, x-ray diffractometer, optical microscope, scanning electron microscope, pycnometer, Brunauer-Emmett-Teller surface area analysis, Fourier transform infrared spectroscopy, thermogravimetric analysis" and then mixed with polylactic acid and polylactic acid+poplar wood sawdust at different percent ratios in the extruder. Finally, the produced biocomposite samples were characterized by tensile test, rheometer, thermogravimetric analysis, differential scanning calorimeter and modelled with Mathematica software. For this reason, polylactic acid+perlite material was characterized mathematically and experimentally. This two way characterization of the study was brought to the literature. Since it was not possible to predict material behavior using standard micromechanical semi-empirical models at this stage, modified Guth calculation method was developed.