Reaktif ekstrüzyon ile mobilya atığı ahşap unu/polipropilen kompozitlerin silan bazlı uyumlaştırıcılar kullanılarak üretilmesi ve özelliklerinin incelenmesi
Production and properties of waste wood fibers / polypropylene composites by reactive extrusion using silane-based compatibilizers
Yazar: ELİF AYDEMİR
Danışman: DOÇ. DR. MAHMUT ALİ ERMEYDAN
Bursa Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyokompozit Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Ağaç İşleri = Wood Products ; Ormancılık ve Orman Mühendisliği = Forestry and Forest Engineering ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Petrol kaynaklarının hızla tükenmekte oluşu ve sentetik ürün eldesine yönelik endüstriyel etkinliklerin yarattığı çevresel sorunların küresel boyutlara ulaşması biyoürün (biyobazlı malzeme/ürün) çalışmalarının önemini arttırmıştır. Bugün bilgi teknolojilerinde, biyokimya ve mühendislik alanlarında gerçekleşen gelişmeler ile tarımsal ve diğer sürdürülebilir kaynaklardan, çevresel değerler ile uyumlu yeni ürünler elde edilebilmektedir. Türkiye'de 50-65 Mton/yıl (milyonton) bitkisel atık ortaya çıkmaktadır. Bunların çok büyük bir kısmıdeğerlendirilemediğinden toplanma ve imha edilme gibi ek maliyetler yaratmakta ve ekonomik bir değere dönüştürülememektedirler. Her ne kadar lignoselulozik yapılı biyokütleler olan bitkisel atıklar (tarımsal atıklar, orman atıkları, vb.) ile çalışmanın zorlukları bulunsa da, bu kompleks yapıyı oluşturan selüloz ve lignin maddeleri önemli birer polimer kaynağı olmaktadır ve kimyasal yapılarında bulundurdukları aromatik bileşikler ve birçok fonksiyonel grup sayesinde çeşitli kimyasalların ve ürünlerin üretimine olanak tanımaktadırlar. Geleneksel petrol türevi kompozitlerin sürdürülebilir olmayışı ve/veya doğada bozunmamaları yanında, günümüzde çevresel bilincin artması ve dünyamızın karşı karşıya kaldığı ekolojik riskler sebebiyle, alternatif olma potansiyeline sahip "biyokompozitler" konusuna ilgi ve yürütülen araştırmalar son yıllarda yoğun bir şekilde artmıştır. Bununla birlikte kullanım sonrası oluşabilecek atık sebebiyle duyulan kaygılar birçok alanda polimerik malzemelerin kullanımını kısıtlamaktadır. Hafif olmaları, iyi mekanik özellikleri, proses kolaylığı, akustik özellikleri, vb. nedeniyle biyokompozitler havacılık, otomotiv ve yapı sektörlerinden ev gereçlerine kadar geniş bir alanda kullanılabilmektedir. Bu çalışmada polipropilen (PP) matrisli,endüstriyel atığı odun unu (AAU)takviyeli biyokompozitler üretilmiş ve performans özellikleri incelenmiştir. Bu çalışmayla, ülkemizde çokça bulunan endüstriyel atığı odun unları değerlendirilerek oluşturulacak biyokompozitlerin araştırılması amaçlanmıştır. Endüstriyel atığı olarak ülkemizde bolca bulunan ahşap unu kullanılarak üretilen biyokompozitlerde,ilk defa uyumlaştırıcı olarak kullanılan silanlı bileşiği aktifleştirmek için reaktif ekstrüzyon yöntemini kullanılmış, diğer yandan PP için uyumlaştırıcı olan maleik anhidrit aşılanmış polipropilen (MAPP) katkılı kompozitlerle silan katkılı kompozitler karşılaştırılmıştır. Biyokompozit malzemelerde PP ve atık ahşap unu farklı oranlarda katılarak değişik kompozisyonlarda numuneler elde edilmiş ve katılan malzemelerin oranlarının etkileri karşılaştırılmıştır. Biyokompozitler çift vidalı ekstruder yardımıyla üretilmiş ve üretilen biyokompozitlere mekanik özelliklerini belirlemek için çekme, eğilme ve darbe testleri yapılmıştır. Mekanik testler dışında, kimyasal bağ gerilmelerini belirlemek için FTIR analizi, termal özelliklerini belirlemek için TGA analizi yapılmıştır. Fiziksel özelliklerini belirlemek adına yoğunluk, su alma oranı ve kalınlık artışı testleri yapılmıştır. Yapılan üretim çalışmalarının ardından iç yapısını detaylı bir şekilde incelemek için taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılmıştır. Sonuçta, PP/AAU ve silan katkısı ile üretilen kompozitlerin, MAPP katkısına göre daha düşük çekme ve eğilme dayanımı gösterdiği,çekme ve eğilme modülünün isesaf PP'ye göre daha yüksek değerler gösterdiği bulunmuştur. Odun unu içeren örneklerin kimyasal yapısı sebebiyle su alım ve şişme oranlarının daha fazla olduğu tespit edilmiştir. Uyumlaştırıcılar karşılaştırıldığında PP'nin silanlı uyumlaştırıcı ile değil maleik anhidrit aşılanmış polipropilen ile daha iyi çalıştığı anlaşılmıştır. Bu tezde mevcutta atık olarak fabrikalar tarafından yakacak olarak değerlendirilen ahşap ununun, katma değerli bir ürüne içinde takviye malzemesi olarak, geliştirilmiş mekanik ve fiziksel özelliklere sahip çevreye duyarlı biyokompozitler üretilmiştir.

Abstract:
Consisting running out of the petroleum and the globalization of enviromental problems created by industrial activities fort he production of synthetic products has increased the importance of biproducts (biomass product)studies.Nowadays,thanks to the advances in biochemistry and engineering,new products that are compatible with environmental values taking place from agricultural and other suistainable sources.The vegatable waste,50-65 Mtons/year(millions tonnes)is emergenging in Turkey. Most of them can not be evaluated don't contribute to the economy as additional cost such as pickup and destruction. Altough having  difficulties in working with plant wastes (agricultural,forest,etc), which are biomasses of lingnoselulosic structure, cellulose and lignin are important sources of polymers. Also chemical structure of the aromatic compounds and many functionalities are allow the production of various chemicals and product.As the tradional petroleum-derived composites are not sustainable and/or don't degrade in nature, ecological risks face in the world also enviromental priority, "green composites" (composites derived from matural sources) intensely increased interest and work on green composites with the potential to be an alternative.However,concerns about waste generated after use limit the spread of polymeric materials in many areas.Green composites are used in a wide range of applications from aerospace and automotive industry to household appliances thanks to their light weight, good mechanical properties,ease of process,acoustic properties and so on. In this study, biocomposites, which contain polypropylene (PP) matrix, and factory waste wood flour (AAU) are produced and their performance characteristics are examined. The aim of this study is to investigate the biocomposites to be formed by evaluating the factory waste wood flours which are found in our country.Reactive extrusion method is tested to activate the silane compound which is used as the first step in biocomposites produced by using wood flour which is abundant in our country as factory waste, on the other hand, maleic anhydride grafted polypropylene (MAPP) doped composites and silane doped composites were compared for PP.The samples obtained by adding different rate of PP and waste wood flour in different compositions and the effects of the proportions of the ingredients were compared.Tensile, bending and impact tests were performed on biocomposites produced by twin screw extruder to explain mechanical properties. Besides mechanical tests, FTIR analysis was used to determine chemical bond stresses and TGA analysis was performed to determine thermal properties.In order to determine the physical properties of density, water uptake rate and thickness increase tests were conducted. Following the production studies the scanning electron microsope (SEM) was used to examine the internal structure. As a result, it was found that the composites produced with PP / AAU and silane additive had lower tensile and flexural strength than MAPP additive and the tensile and flexural modulus showed higher values than pure PP due to the chemical structure of the samples containing wood flour water intake and swelling rates. It was determined that water intake and swelling rates were higher due to the chemical structure of the products containing wood flour.When the compatibilizers were compared, it was found that PP worked better with maleic anhydride-grafted polypropylene and not with silane compatibilizer. In this thesis, environmentally friendly biocomposites with improved mechanical and physical properties were produced as a reinforcing material of wood flour, which is currently considered as waste by factories as waste.