Sorghum halepense liflerinin biyokompozit üretiminde kullanım potansiyelinin değerlendirilmesi
The evaluation of use of potential of the Sorghum halepense fibers on biocomposite production
Yazar: ÖZEN EROĞLU
Danışman: PROF. DR. NİHAT SAMİ ÇETİN
İzmir Katip Çelebi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyokompozit Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering ; Ormancılık ve Orman Mühendisliği = Forestry and Forest Engineering ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Doğal lifler = Natural fiber ; Kompozitler = Composites ; Lif takviyeli polimerler = Fiber reinforced polymers ; Polimer kompozitler = Polymer composites ; Sorghum halepense = Sorghum halepense ; Tahta polimer kompozitler = Wood polymer composites ; Termoplastik = Thermoplastic ; Termoplastik = Thermoplastic

Özet:
Biyokompozit üretiminde tercih edilen lignoselülozik maddeler genellikle bitkisel kökenli lif kaynaklarından elde edilmektedir. Bu amaçla değerlendirilen mevcut lif kaynaklarının sınırlı olmaları sebebiyle hızlı yetişen yeni bitkisel lif kaynaklarının arayışı ve önemi artmıştır.
Bu tez çalışması kapsamında biyokompozit üretiminde alternatif lignoselülozik kaynak olarak Sorghum halepense (Kanyaş) liflerinin kullanılma potansiyelinin incelenmesi amaçlanmıştır. Ayrıca lif örnekleri dört farklı ayda toplanarak bu toplanma zamanı farklılıklarının bitkinin kimyasal içeriğine olan etkisi araştırılmıştır. Hazırlanan yaprak ve gövde liflerinin ekstraksiyonu, delignifikasyonu, 𝛼-selüloz ve kül tayini işlemleri sonrası kimyasal bileşenleri tespit edilmiştir. Tespit edilen bileşenlerin varlığı FTIR analizinden elde edilen spektrumlarla desteklenmiştir.
Sorghum halepense bitkisinin yaprak ve gövde lif unları, kompozit malzemenin ağırlıkça %10, %20 ve %30'unu oluşturacak şekilde yüksek hızlı termokinetik karıştırıcı (gelimat) vasıtasıyla GD-PP (Geri Dönüşüm Polipropilen) matris ile karıştırılmıştır. Elde edilen edilen lif-polimer hamurundan sıcak pres kalıplama yöntemi kullanılarak ASTM standartlarına uygun kompozit levhalar üretilmiştir.
Levhalardan elde edilen test örneklerinin termal özelliklerini belirlemek amacıyla TGA ve DSC analizleri, mekanik ve fiziksel özelliklerini belirlemek amacıyla çekme ve eğilme testleri ve son olarak morfolojik özelliklerini belirlemek amacıyla SEM analizleri gerçekleştirilmiştir.
Örneklerin TGA analizleri incelendiğinde lif ilavesinin termal kararlılığı arttırdığı fakat kontrol grubuna göre kompozitlerin termal kararlığında düşüşlerin yaşandığı tespit edilmiştir. Ayrıca %50'lik kütle kayıplarının 280-460 °C arasında gerçekleştiği görülmüştür.
DSC analizleri sonucunda ilave edilen lif oranı arttıkça erime sıcaklıklarının belirgin bir değişim göstermediği fakat kompozitlerin erime entalpilerinde (ΔHm) düşüşlerin olduğu saptanmıştır.
Sorghum halepense yaprak ve gövde lifi ilaveli GD-PP kompozitlerin mekanik özelliklerinde ilave edilen lif oranı arttıkça kontrol grubuna göre düşüşlerin olduğu saptanmıştır. Mekanik test sonuçlarına göre yaprak ve gövde kompozitleri arasında istatiksel olarak anlamlı bir fark saptanmazken en iyi çekme ve eğilme direnci değerleri  %10 gövde lifi ilaveli kompozitlerde tespit edilmiştir.
Son olarak kompozitlerin morfolojik yapısı incelendiğinde Sorghum halepense yaprak ve gövde liflerinin GD-PP polimer matris ile homojen bir şekilde karıştığı tespit edilmiştir.

Abstract:
Plant-based fiber sources are generally preferred in biocomposite production. Due to the limited availability of fiber sources, the search for new fast-growing plant fiber sources and their importance have increased.
In this thesis, it is aimed to examine the potential of using Sorghum halepense (Johnsongrass) fibers as an alternative lignocellulosic source in the production of biocomposites. In addition, fiber samples were collected in four different months and the effect of these collection time differences on the chemical content of the plant was investigated. The chemical components of the prepared leaf and stem fibers were determined after extraction, delignification, determination of 𝛼-cellulose and ash. The presence of the detected components was supported by the spectra obtained from the FTIR analysis. 
Leaf and stem fiber flours of the Sorghum halepense were mixed with the RPP (Recycled Polypropylene) matrix using a high speed thermokinetic mixer to form 10%, 20% and 30% by weight of the composite material. Composite plates were produced from fiber-polymer pulp using the hot press molding method in accordance with ASTM standards.
TGA and DSC analyzes were carried out to determine the thermal properties of the test samples obtained from these plates, tensile and bending tests to determine their mechanical and physical properties, and finally SEM analyzes to determine their morphological properties.
According to the results of TGA analysis of the samples, it was determined that the fiber addition increased the thermal stability. On the other hand, it was determined that there was a decrease in the thermal stability of the composites compared to the control group and 50% mass losses occurred between 280-460 °C. 
As a result of the DSC analysis, it was determined that the melting temperatures did not show a significant change as the fiber content increased, but the melting enthalpies (ΔHm) of the composites decreased.
When the mechanical properties of Sorghum halepense leaf and stem fiber added RPP composites were examined, it was determined that there was a decrease in mechanical properties compared to the control group as the added fiber ratio increased. According to the mechanical test results, no statistically significant difference was found between the leaf and stem composites. The best tensile and bending strength values were found in composites with 10% stem fiber addition.
Finally, when the morphological structure of the composites was examined, it was determined that the Sorghum halepense leaf and stem fibers were mixed homogeneously with the RPP polymer matrix.