Çeltik lifi takviyeli polilaktik asit matrisli biyo bozunur kompozit malzemenin termal, mekanik ve akustik özelliklerinin araştırılması
Investigation of thermal, mechanical and acoustic properties of rice straw fiber reinforced polylactic acid matrixed biodegradable composite material
Yazar: MEHTAP AĞIRGAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ VEDAT TAŞKIN
Trakya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Dokunmamış kumaşlar = Non woven fabrics ; Kompozit malzemeler = Composite materials ; Tarımsal atıklar = Agricultural wastes ; Çeltik = Paddy

Özet:
Doğal lif kaynaklı ürünler sürdürülebilir çevreci üretim teknolojileri, tekrar kullanılabilirlik ve atık değerlendirme özellikleri ile günümüzde ilgi çekici bir pazar oluşturmaktadır. Bu çalışma bir tarımsal atık olan çeltik saplarından tekstil malzemesi üretilmesi üzerinedir. Çalışmanın amacı ilk bölümde anlatılmış, ikinci bölümde literatür araştırmasına yer verilmiştir. Üçüncü bölüm çalışmanın metodunu ve kullanılan materyallere ayrılmıştır. Bulgular ve tartışma dördüncü bölümde yer almış ve çalışma sonuç bölümü ile tamamlanmıştır.  
Bu çalışmanın birinci aşamasında tarımsal atıkların değerlendirilmesi amacıyla, kimyasal ön işlemle çeltik saplarından lif elde edilmiş ve tarama işlemi ile nonwoven kumaş oluşturulmuştur.  İkinci aşamada ise sıcak press işlemi ile polilaktikasit polimeri kullanılarak biyokompozit malzeme üretilmiştir. Hasat sonrası kurutulan çeltik saplarına NaOH, pektinaz enzimi ve ıslatıcı kullanılarak oda sıcaklığında 10 gün süre ile bekletilerek ön işlem uygulanmıştır. Daha sonra pH dengelemesi amacıyla yıkama ve yumuşatma işlemi yapılan lifler 4 - 5 cm ştapel uzunluğunda kesilerek, tarak makinesinde 9/1 oranında pamukla karıştırılarak tarak bandı oluşturulmuş, ardından iğneleme işlemi ile nonwoven kumaş elde edilmiştir. Üretilen bu malzeme takviye malzemesi olarak kullanılarak polilaktikasit polimeri ile birleştirilmiş, böylelikle yeni bir biyokompozit malzeme üretilmiştir. 
Çeltik lifi takviyeli kompozitin takviye kısmını oluşturan çeltik saplarına enzimatik ön işlem uygulanmıştır. Bu uygulamayla çeltik sapı liflerinin matris kısmını oluşturan polilaktik asit ile uyumunun artırılması amaçlanmaktadır. Bu işlem aynı zamanda çeltik saplarının üzerlerindeki yabancı maddelerden arınması amacıyla gerçekleştirilmiştir.  Oluşturulan çeltik sapı takviyeli biyokompozitin termal ve özellikleri ile mukavemet ve yüzde (%) uzama gibi mekanik özelliklerinin yanında ısı geçirgenliği ve ses yutumu gibi özellikleri incelenmiştir. Malzemelerin morfolojik görüntüleri taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile, malzemenin kimyasal bağ yapılarının belirlenmesi ve maddenin analizi ise Fourier dönüşümlü infrared analizi (FTIR) ile test edilmiş olup enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi (EDX) ile desteklenmiştir.  Çalışma kapsamında üretilen çeltik lifi takviyeli biyokompozit malzemeye uygulanan diğer test ve analizler; üç nokta eğme testi, X Işını Difraksiyon (XRD) metodu, Termogravimetrik Analiz (TGA), Diferansiyel Taramalı Kalorimetri (DSC), Dinamik Mekanik analizi (DMA)'dir.
Sonuç olarak tarımsal atık sayılan çeltik sapları değerlendirilmiş ve tekstilde kullanılabilecek maliyeti düşük, sürdürülebilir, doğaya saygılı yeni bir nonwoven malzeme üretilmiştir. Üretilen nonwoven malzeme sonraki aşamada takviye malzemesi olarak kullanılmış ve yeni bir biyokompozit malzeme üretilmiştir. Üretilen bu yeni biyokompozit malzeme inşaat, otomotiv ve ilgili sektörlerde ısı ve ses yalıtımında kullanılabilir.

Abstract:
Natural fiber sourced products constitute an attractive market today due to sustainable environmental production technologies, reusability and waste assessment features. This is a study on producing textile material from rice straw, which is an agricultural waste. The purpose of the study is explained in the first chapter while literature researches are given in the second chapter. The third part is devoted to the method of the study and the materials used. Findings and discussion took place in the fourth section and the study was completed with the conclusion section.
In order to evaluate agricultural wastes, at the first stage of this study, fiber was obtained from rice straw by chemical pretreatment and nonwoven fabric was created by combing. In the second stage, bio composite material was produced with polylactic acid polymer by using hot press process. Rice straw were dried after harvesting, and pretreatment was applied by using NaOH, pectinase enzyme and wetting agent for 10 days at room temperature. Furthermore, the fibers, which were washed and softened for the purpose of pH balancing, were cut into 4-5 cm staple lengths, and a comb band was formed by mixing with the cotton at the rate of 9/1 in the card, and then nonwoven fabric was obtained via needle punch. The produced material was used as a reinforcing material and combined with the polylactic acid polymer, thereby producing a new bio composite material.
This was done for the aim of increasing the compatibility of rice straw fibers with the polylactic acid that forms the matrix part. This process was also carried out in order to purify the rice straw from impurities. The thermal and properties of the rice straw-reinforced biocomposite, along with its mechanical properties such as strength and elongation (%), as well as its properties such as heat permeability and sound absorption were investigated. Morphological images of the materials were tested by scanning electron microscopy (SEM), the determination of the chemical bond structures of the material and the analysis of the substance was tested by Fourier transform infrared analysis (FTIR) and supported by energy dispersed X-ray spectroscopy (EDX).  Other tests and analyzes applied to rice straw fiber reinforced biocomposite material produced within the scope of this study; three point bending test, X Ray Diffraction (XRD) method, Thermogravimetric Analysis (TGA), Differential Scanning Calorimetry (DSC), Dynamic Mechanical analysis (DMA).
In conclusion, rice straws that are known as agricultural waste are utilized, and a new low cost, sustainable, and nature conscious nonwoven textile fabric is produced. In the next step, this nonwoven fabric is used as the reinforcing material, thus a new biocomposite material, which can be used as sound and heat isolation in construction, automotive and other related sectors, is produced as well.