Doğal lif takviyeli eko-kompozitlerde arayüzeyin geliştirilmesi
Improvement of the interface in natural fiber reinforced eco-composites
Yazar: ZEYNEP DEMİR TOPUK
Danışman: DOÇ. DR. GÜRALP ÖZKOÇ
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Çevreye duyarlı, yenilenebilir kaynaklardan elde edilebilen alternatif yeni kompozit
malzemelerin geliştirilmesi konusu birçok araştırmacının ilgisini çekmektedir. Özellikle
ekonomik olarak endüstriyel skalada üretilmesi ve nispeten üstün özellikleri sebebiyle
poli(laktik asit) PLA, doğal elyaf takviyeli çevreci-kompozitler (eko-kompozitler)
geliştirilmesinde tercih edilen bir matris polimeridir. Literatürde, elyaf ve matrisin kendi özelliklerinin yanısıra elyaf-matris ara yüzeyinin de başarım özellikleri üzerinde çok önemli olduğu ifade edilmektedir. Bu çalışmanın amacı, PLA/doğal elyaf kompozitlerinde elyaf-matris ara yüzey etkileşiminin arttırılması amacıyla polimer ile ön kaplama, alkali çözelti ile muamele ve silan bağlayıcılar ile modifikasyon gibi öne çıkan üç tekniğin birlikte kullanımının fiziksel, mekanik, termal ve morfolojik özellikler üzerindeki etkilerinin incelenmesidir.
Çalışmada doğal elyaf olarak keten kullanılmıştır. Keten elyafın yüzeyine alkali işlem,
silanlama ve ardından polimer ön kaplama uygulanarak elyaf/polimer ara yüzeyinin
iyileştirilmesi ve böylelikle daha iyi mekanik özellikler elde edilmesi hedeflenmiştir.
Yüzeyi alkali çözelti ve silan ile muamele edilen keten elyaf ağırlıkça % 5, % 10 ve %
15?lik PLA/ kloroform çözeltisi ile kaplanmıştır. Kaplanan ketenler 0,5 cm uzunluğunda
kesilerek ağırlıkça % 15, % 20 ve % 25 oranlarında keten/PLA kompozitleri hazırlanmıştır. Kompozitler eriyik harmanlama tekniğiyle, çift vidalı bir ekstrüderde üretilmiştir. Hazırlanan kompozitlerin karakterizasyonu için çekme ve darbe testleri yapılmıştır. Kompozitlerin ısıl özelliklerinin belirlenmesi için diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) ve oluşan kırılma morfolojileri için ise taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılmıştır. Çalışma sonucunda gerek alkali muamele sonrası gerekse de silan
bağlayıcı ile muamele sonrası ön kaplama işlemine tabi tutulan ketenlerle hazırlanan
kompozitler de yüksek özellikler elde edilmiştir. SEM analizleri arayüzey etkileşimini
ön kaplama ile pozitif yönde geliştiğini göstermiştir. DSC analizlerinden keten varlığının
PLA?yı çekirdeklendirdiği sonucuna varılmıştır. Genel olarak ise ön kaplama işleminin
uygulanabilir ve etkili bir uyumlaştırma işlemi basamağı olabileceği sonucuna
varılmıştır.

Abstract:
The development of new, eco-friendly composite materials obtained from renewable
sources has attracted the atension of many researchers. Due to its economically
production at industrial scale, poly(lactic acid) (PLA) is prefered as a matrix material for natural fiber reinforced ecological composites. It has been mentioned in the literature
that the fiber-matrix interface is very important on the performance of composites
besides the individual properties of fiber and matrix. The aim of this thesis is to
investigate the effects of the combinatory use of fiber precoating and alkaline treatment
or silane modification on the properties of physical, mechanical and morphological
properties of PLA/natural fiber composites.
Flax fiber is used in this study as the natural fiber. The hypothesis is to obtain better
mechanical properties by modifiying the flax fiber by polymer precoating after
silanation or alkaline treatment. The silane or alkaline treated flax fibers were coated
with PLA/chlorofom solutions having three different concentrations of 5, 10 and 15%.
The coated flax fibers were cut into 0.5 cm pieces. The 15%, 20%, 25% flax containing
composites were prepared in melt state using a laboratory twin-screw
compounder. Mechanical properties of composites were determined conducting tensile
and impact tests. The thermal properties of composites were characterized by differential
scanning calorimeter (DSC) and the fractured morphology was investigated by means of
scanning electron microscopy (SEM). The result showed that both alkaline and silane
treated and coated flax based composites exhibited improved performance properties.
SEM studies showed that the coating process enhanced the interfacial properties. It was
revealed from DSC analysis that the PLA nucleated during crystallization in the
presence of flax fibers. As a general conclusion, polymer precoating seems to be an
efficient technique in obtaining a better interface.