Polistiren ve polikaprolakton ile modifiye edilen ahşabın yapay dış ortam koşullarına ve mantar çürüklüğüne karşı dayanım özelliklerinin incelenmesi
Investigation of articifial weathering and decay resistance properties of polystrene and polycaprolaktone methods with modicication of wood
Yazar: MERT BABACAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MAHMUT ALİ ERMEYDAN
Bursa Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyokompozit Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Ağaç İşleri = Wood Products

Özet:
Lignoselülozik malzemelerin mikrobiyolojik bozunması doğadaki en önemli proseslerden biridir. Lignoselülozik bir malzeme olan ahşapta gelişen mikroorganizmaların aktiviteleri, ahşabın yoğunluğunu, mekanik gücünü ve estetik kalitesini olumsuz yönde etkilediği için kullanım esnasında problemler çıkartmakta ve ekonomik değerini düşürmektedir. Diğer yandan dış ortamda kullanılan ahşapta UV ışınlarının kısa sürede yüzeydeki lignini bozduğu ve ahşabın rengini griye çevirerek istenmeyen bir durum oluşturduğu bilinmektedir. Odun koruma alanında uzun zamandır kullanılan geleneksel metotlar ve emprenye maddeleri biyodegredasyonu engellemede ve ahşabın korunmasında iş görüyor olsalar dahi, bu metal bazlı kimyasalların birçoğu toksik özellikte olup, ahşaptan zaman içinde yıkanabilmektedir. Gelişen dünyamızda daha etkili, çevreye dost ve yıkanma özelliği göstermeyen kalıcı/kararlı yöntemlerin geliştirilmesine her zaman ihtiyaç duyulmaktadır. Bahsedilen bazı geleneksel ahşap emprenye maddeleri, su ve yağ bazlı olmak üzere inorganik bakır, krom, arsenik tuzları, bor türevleri, klorlü fenolikler gibi kimyasalları içermektedir. Son yıllarda özellikle çevresel kaygılar ve yıkanma problemi gibi sebeplerle geleneksel emprenye maddelerinin kullanımlarında kısıtlamalara gidilmiştir. Kimyasal modifikasyon olarak tanımlanan ve ahşap malzeme içindeki polimerlerin hidroksil gruplarıyla reaksiyonu amaçlayan alternatif odun koruma yöntemleri de son yıllarda artan bir ivmeyle hem laboratuvar çalışmalarında hem de sanayi ölçeğinde uygulanmaktadırlar. Asetilleme, furfurilasyon ve dimetilol dihidroksil etilen üre (DMDHEU) gibi kimyasal modifikasyon yöntemleri kullanılarak üretilen ahşap malzemeler günümüzde ticari öneme sahiptir. Diğer yandan yeni, daha etkili ve daha ucuz yöntemlerin geliştirilmesi ve optimizasyon çalışmaları sürmektedir.
Bu çalışmada, iki farklı yöntemle kimyasal modifiye edilmiş sarıçam odunu örneklerinin yapay dış ortam koşullarına ve mantar çürüklüğüne karşı performansını araştırmak amaçlanmaktadır. Bu iki kimyasal yöntem genel hatlarıyla ladin odun örneklerinin modifikasyonu olarak bildirilmiş olup, yöntemlerin temel pirensibi hidrofobik özellikte ki stiren ve ɛ-kaprolakton monomerlerinin ahşap içinde in-situ olarak polimerleşmesi ve ahşap polimerlerine aşılanmasına dayanmaktadır. Belirtilen iki modifikasyon yöntemi literatüre ilk defa aktarılmış olmakla birlikte, hücre çeperi içine ilk defa sistematik olarak hidrofobik polimerlerin yerleştirilmesini başaran, ispatlayan ve ahşabın su alımını azaltıp (%40-55), boyutsal stabilitesini %40'lara kadar artıran yöntemlerdir. Bununla birlikte iki metotla da modifiye edilmiş örneklerin mekanik özellikleri nanoindetasyon yöntemiyle belirlenmiş, modifikasyonların mekanik özellikleri düşürmediği, elastikiyet modülünün aynı kaldığı ya da bir miktar arttığı (%10), sertlik değerlerinin ise %15'lere kadar artış gösterdiği bildirilmiştir.
Bu tezde, polistiren ve polikaprolakton ile modifiye edilmiş sarıçam odun örneklerinin: laboratuvar ortamında mantar çürüklük testlerine tabi tutularak biyolojik dayanımları, UV ve suyun değişken döngülerine maruz bırakılarak gerçekleştirilen yapay dış ortam testi sonrasında rengindeki değişimler, yüzey kimyasındaki (ATR-FTIR), hidrofobikliğindeki (temas açısı ölçümü) ve morfolojisindeki (SEM) değişimler, boyutsal kararlılıkları ve su alma oranları karşılaştırmalı olarak incelenmiştir.

Abstract:
Biological degradation of lignocellulosic materials is one of the most important processes in nature. Growing microorganism activity in wood cause reduction of wood density, failure of mechanical strength and aesthetic quality which consequently negatively affects and lowers economic value of wood. On the other hand, it is known that UV-light sources degrade lignin on the surface of wood in a short time and wood becomes gray which is an undesirable feature. Traditional methods of wood conservatives and impreganation chemicals have long been used efficiently to protect wood from biodegradation, however many of those metal based chemicals have toxic effects and can be leached out from wood in time. In developing world, more effective, environmentally friendly and stable(unleachable) wood conservation methods are always needed. Some of the traditional wood impregnating agents are water or oil-based inorganic copper-, chromium-, arseniac-salts, boron derivatives, chlorinated chemicals, phenolics. Recently, especially environmental concerns and leaching problems cause the restriction to use conventional wood preservatives. The chemical modification of wood as an alternative wood protection method aim to react wood hydroxyl groups by the additional chemicals has growing in recent years in both laboratory studies and in industrial scale. Acetylation, furfurylation and dimethyloldihydroxylethyleneurea (DMDHEU) are chemical modification methods nowadays has commercial importance. On the other hand novel, more effective and cheaper methods and optimization of those studies are still needed.
In this study, two different methods of chemical modification applied to Scotch pine to evaluate resistance to artificial weathering conditions and fungal decay. Already reported two new chemical modification methods via modification of spruce wood samples; polystyrene and polycaprolactone modification. The mentioned two modification methods were took place for the first time in the literature and indicate systematically that hydrophobic molecules and polymers can be impregnated in wood cell walls and reduce water uptake of wood (40-55%) and increased dimensional stability up to 40%. Also mechanical properties of the modified samples determined for the three methods by nanoindetation method. Modifications have no negative effect on mechanical properties, even modulus of elasticity increased (10%) for some methods, whereas the hardness also increased up to 15%.
In this thesis, modified scots pine wood samples with polystyrene and polycaprolactone were exposed to fungal degradation tests in the laboratory to evaluate their durability; modified samples were also exposed to UV-light and water in an artificial weathering chamber to measure color changes of the surface, and changes in surface chemistry (ATR-FTIR), hydrophobicity (contact angle measurement), and the morphology (SEM), dimentional stability and water uptake rate were also investigated.