Geri dönüşümlü PVC'den elde edilmiş kompozit malzemelerin mekanik ve termal özelliklerinin incelenmesi
Investigation of the mechanical and thermal properties of composite materials made from recycled PVC
Yazar: SUNAY SÜRMELİOĞLU
Danışman: PROF. DR. İLYAS KARTAL
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı / Polimer Bilim ve Teknolojisi Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Geri dönüşüm =   ; Kompozitler = Composites ; Mekanik özellikler = Mechanical properties ; PVC = PVC ; Termal özellikler = Thermal properties

Özet:
Polimerler antik çağlardan beri, doğal dünyamızın bir parçası olan hemen hemen her malzemede bulunan ve yaygın olarak kullanılan gelişmiş malzemelerdir. Mühendislik tasarımı için kullanılan polimerler genellikle belirli bir amaca hizmet etmek üzere özel olarak formüle edilebilmekte ve tasarlanmaktadır. Modern zamanların en popüler üçüncü sentetik polimeri olan Polivinil klorür (PVC), uzun süreli kullanıma uygunluğu, iyi kimyasal kararlılığı ve dayanıklılığı gibi çok yönlü özellikleri nedeniyle mevcut ve yeni geliştirilen birçok yüksek teknoloji uygulamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Doğrudan tüketim malzemesi olarak kullanılan PVC, yapısı gereği biyolojik olarak parçalanamaz ve fonksiyonunu kaybetmeden doğada uzun süre atık olarak kalmaktadır. PVC ürünlerinin artan tüketimi sonucunda, çevresel katı atıkların oluşturduğu kirlilik, artan tüketim hızı ile petrokimya kullanımından kaynaklanan karbondioksit emisyonlarına yönelik açığa çıkan küresel sorunların önüne geçmek için PVC'nin bertarafı, geri dönüşümü çevre ve insan sağlığı açısından büyük önem taşımaktadır. Buna bağlı olarak bu çalışmada PVC kablo atığı, PVC suni deri atığı, PVC esnek film atığı ve PVC spiral hortum atığından oluşan dört farklı türdeki ömrünü yitirmiş PVC atıkları yeniden değerlendirilmek amacıyla formülasyon geliştirildi. % 43,90 PVC atık ile % 35,20 kalsit, %17,60 DOTP (plastifiyan), %2,6 boya, %0,40 stearik asit (kaydırıcı) ve %0,40 nem alıcı katkılar optimum şartlarda karıştırılarak ekstrüzyon makinesinde proses edilerek 4 farklı türde kompozit numuneler elde edildi. Elde edilen kompozit malzemelerin farklı uygulamalarda kullanılabilirliğini belirlemek için orijinal (saf) PVC tozundan aynı oranlarda ve proseste PVC kompozit numunesi üretildi. Numunelerin diferansiyel taramalı kalorimetri (DSC), termogravimetrik analiz (TGA), taramalı elektron mikroskobun (SEM), yoğunluk, sertlik, çekme testleri gibi mekanik ve termal özellikleri incelenmiştir. SEM, DSC, TGA analiz sonuçlarına göre PVC atıklardan oluşan kompozit numunelerin yapısal bileşenler arasında homojen karışım elde edilmiştir. Ham orijinal PVC polimerin yerine atık spiral hortum PVC kompozit (PVC-H) ve atık PVC esnek film kompozit (PVC-F) formülasyonda dayanım artırılarak kullanılabileceği kanısına varılmıştır. Atık PVC kompozitler de çekme dayanımı orijinal PVC kompozitine göre oldukça düşük değerler verdikleri gözlemlenmiştir. Özellikle PVC-H ve PVC-F kompozit numuneleri kopma dayanımlarının atık suni deri PVC kompozit (PVC-S) ve atık kablo PVC kompozit (PVC-K) numunelerine göre iyi sonuç vermiştir. Atık PVC'den elde edilen kompozit malzemelerin çekme mukavemeti düşüktür. Ancak ekonomik açıdan bakıldığında, düşük maliyetteki geri dönüştürülmüş malzemelerin kullanılması ile doğal kaynaklarımızın korunması ve çevresel dengenin sağlanmasında bakımından önemli katkı sağlayacağı kanıtlanmıştır. Mukavemetin tolere edilebilir durumlarda PVC atıklardan ikinci ürün elde edilebileceği ve buna bağlı olarak farklı endüstride ve alanlarda fırsatlar sunacağı bu tez çalışması ile desteklenmiştir.

Abstract:
Polymers are advanced materials that have been widely used and found in almost every material that is part of our natural world since ancient times.Polymers used for engineering design can often be specially formulated and designed to serve a specific purpose.Polyvinyl chloride (PVC), the third most popular synthetic polymer of modern times, is widely used in many existing and newly developed high-tech applications due to its versatile properties such as suitability for long-term use, good chemical stability and durability.PVC, which is used as a direct consumption material, is not biodegradable due to its structure and remains in nature as a waste for a long time without losing its function.The disposal and recycling of PVC is of great importance for the environment and human health in order to prevent the pollution caused by environmental solid wastes as a result of the increasing consumption of PVC products, the increasing consumption rate and the global problems related to carbon dioxide emissions caused by the use of petrochemicals. Accordingly, in this study, a formulation was developed to reuse four different types of expired PVC waste, consisting of PVC cable waste, PVC artificial leather waste, PVC flexible film waste and PVC spiral hose waste. 43.90% PVC waste and 35.20% calcite, 17.60% DOTP (plasticizer), 2.6% paint, 0.40% stearic acid (lubricant) and 0.40% desiccant additives are mixed under optimum conditions in the extruder. 4 different types of composite samples were obtained by processing.In order to determine the usability of the obtained composite materials in different applications, a PVC composite sample was produced from the original (pure) PVC powder in the same proportions and in the process. Mechanical and thermal properties of the samples such as differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetric analysis (TGA), scanning electron microscope (SEM), density, hardness and tensile tests were investigated. According to the SEM, DSC, TGA analysis results, a homogeneous mixture was obtained between the structural components of the composite samples consisting of PVC waste. It has been concluded that waste spiral hose PVC composite (PVC-H) and waste PVC flexible film composite (PVC-F) can be used instead of raw original PVC polymer by increasing strength.It has been observed that the tensile strength of waste PVC composites also gives very low values compared to the original PVC composite. Particularly, PVC-H and PVC-F composite samples showed better tensile strengths than waste artificial leather PVC composite (PVC-S) and waste cable PVC composite (PVC-K) samples. The tensile strength of composite materials obtained from waste PVC is low. However, from an economic point of view, it has been proven that the use of low-cost recycled materials will make a significant contribution to the protection of our natural resources and ensuring environmental balance. It has been supported by this thesis that the strength can be obtained from PVC wastes in tolerable conditions, and accordingly, it will offer opportunities in different industries and fields.