Çeşitli amaçlar için çevre dostu alternatif selülozik kompozit malzeme üretimi ve bazı performans özelliklerinin belirlenmesi
Environmentally friendly alternative cellulosic composite material production and determination of some performance characteristics
Yazar: MEHMET EMİN ERGÜN
Danışman: DOÇ. DR. ERTAN ÖZEN ; DOÇ. DR. NADİR YILDIRIM
Muğla Sıtkı Koçman Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Ağaç İşleri Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Ağaç İşleri = Wood Products ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Bu çalışmada, polivinil asetat (PVAc) temelli ve doğal polimer takviyeli yenilikçi, doğa dostu kompozit paneller hiçbir köpük ajanı kullanılmadan dondurarak-kurutma yöntemiyle üretilmiştir.  Çalışma üç aşamada gerçekleştirilmiş olup, ilk aşamada polivinil asetat ve kraft hamurunun karışım miktarları ve üretim koşulları belirlenip, kompozit panellerin tüm performans testleri sonucunda en başarılı test grubu belirlenmiştir. İkinci aşamada kraft hamuru ve polivinil asetattan üretilen kompozit paneller yangına karşı direnç sağlamak amacıyla farklı oranlarda çinko borat ilavesi yapılmıştır. Üretim sonucu mekanik ve termal testler sonucunda en başarılı test gurubu seçilmiştir. Üçüncü aşamada ise üretilen malzemeye sağlamlık vermesi, mantar ve bakteriye karşı direnç sağlaması amacıyla farklı molekül ağırlıklarında suda çözünür kitosan sentezi yapılmış olup, farklı oranlarda kompozit panellere ilave edilmiştir. Üretilen tüm örneklerin yoğunluk, porozite, üç noktalı statik eğilme testi, basınç testi, çekme testi, termo gravimetrik analiz, ısıl iletkenlik katsayısı ölçümü, sınırlayıcı oksijen indeks testi, mantar çürüklük testi, antibakteriyel test ve hızlı yaşlandırma testleri yapılmıştır.
Sonuç olarak üretilen kompozit panellerin katı madde içeriği arttıkça yoğunluk değerleri artıp, porozite değerlerinde düşüş gözlenmiştir. Kompozit panellere özellikle yüksek molekül ağırlıklı kitosan ilavesiyle mekanik test sonuçlarında artış gözlenmiştir. Kompozit panellerin eğilme direnci, basınç direnci ve çekme direnci değerleri sırasıyla 0,005-5,373 N/mm2, 0,0001-0,0764 N/mm2 ve 0,004-0,806 N/mm2 aralığında bulunmuştur. Kompozit panellerde termogravimetrik analiz sonucunda kütle kaybı %35,8 ile %85,2 arasında, sınırlayıcı oksijen indeksi değeri %16,23 ile %28,72 arasında değişmekte olup çinko borat içeriğinin arttırılmasıyla termal özelliklerde iyileşme meydana gelmiştir. Çinko borat takviyeli örneklerin esmer ve beyaz çürüklük mantarlarına karşı dirençli olduğu tespit edilmiştir. Kitosan takviyeli örneklerin ise E.coli bakterilerine karşı etkili olmuştur. 
Yapılan testler neticesinde üretilen kompozit panellerin özellikle iç mekanlarda izolasyon ve ofislerin duvarlarında ara bölme (separatör) olarak kullanımı amaçlanmıştır. Bu çalışma ile petrol temelli kompozit panel kullanımının azalmasına katkıda bulunabileceği hedeflenmektedir. Ayrıca bu çalışmanın, doğada kısa sürede bozunabilen kompozitlerin ve köpüklerin tanınırlığının ve kullanımının artırılmasına, yeni tip kompozit malzemelerin üretilmesine ve bu alanda yapılacak araştırma, yatırım ve üretimin artmasına olanak sağlayacağı düşünülmektedir.

Abstract:
In this study, innovative, environmentally friendly composite panels based on polyvinyl acetate (PVAc) and natural polymer are produced by freeze-drying method without using any foaming agent. The study was carried out in three stages. In the first stage, the mixture amounts and production conditions of polyvinyl acetate and kraft pulp were determined and the most successful test group was determined as a result of all performance tests of composite panels. In the second stage, in order to provide fire resistance, composite panels made of kraft pulp and polyvinyl acetate were added with different amounts of zinc borate. As a result of the production, mechanical and thermal tests were chosen as the most successful test group. In the third stage, water soluble chitosan synthesis was made in different molecular weights in order to provide strength to the produced material and to provide resistance against fungus and bacteria, and was added to composite panels in different proportions. Density, porosity, three-point static bending test, pressure test, tensile test, thermo gravimetric analysis, thermal conductivity coefficient measurement, limiting oxygen index test, fungal decay test, antibacterial test and accelerated aging tests of all samples were performed.
As a result, as the solids content of the composite panels increased, density values increased and porosity values decreased. An increase in mechanical test results was observed with the addition of high molecular weight chitosan to composite panels. The bending strength, compressive strength and tensile strength values of composite panels were found in the range of 0,005-5,337 N/mm2, 0,0001-0,0764 N/mm2 and 0,004-0,06 N/mm2, respectively. As a result of thermogravimetric analysis in composite panels, the mass loss ranges between %35,8 and %85,2 the limiting oxygen index value varies between %16,23 and %8,72 and thermal properties have improved by increasing the zinc borate content. Zinc borate reinforced samples were found to be resistant to brown and white rot fungi. Chitosan reinforced samples were effective against E.coli bacteria.
The composite panels produced as a result of the tests carried out are suitable isolation in interior spaces and separators for the walls of the offices. This study is aimed to contribute to the reduction of the use of petroleum-based composite panels. In addition, it is thought that this study will allow to increase the recognition and use of composites and foams that can be degraded in a short time in nature, to produce new types of composite materials and to increase the research, investment, and production in this field.