Doğal lif katkılı polistiren kompozitlerin üretilmesi ve mikro-hücre yöntemiyle köpüklendirilmesi
Natural fiber based polystrene composites manufacturing and generating of micro-cell foams
Yazar: İBRAHİM KILIÇ
Danışman: DOÇ. DR. FATİH MENGELOĞLU
Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Orman Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Ormancılık ve Orman Mühendisliği = Forestry and Forest Engineering

Özet:
Bu çalışmada, lignoselülozik dolgu maddesi olarak odun unu ve buğday sapı unu ve katkı maddesi olarak Polystyrene-block-poly(ethylene-ran-butylene)-block-polystyrene-graft-maleic anhydride (SEBS-MA) kullanılarak pres kalıplama yöntemiyle polistiren esaslı kompozitler üretilmiş ve bunların bir kısmı kesikli mikro-hücre yöntemiyle köpüklendirilmiştir. Üretilen kompozitler üzerinde mekanik özellikleri (çekme direnci, çekmede elastikiyet modülü, kopmada uzama değeri, eğilme direnci, eğilmede elastikiyet modülü ve darbe direnci testleri) ve köpüklendirme öncesinde kompozitlerin gaz tutma kapasiteleri (solibilite) ve gaz çıkış hızlarını (diffüzivite) belirleme çalışmaları yapılmıştır. Köpüklendirilmiş örnekler üzerinde ise yoğunluk belirlenme ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) yardımıyla morfoloji çalışması yapılmıştır.Kompozitlerin mekanik özelliklerine bakıldığında dolgu maddesi tipi ve miktarının araştırılan tüm mekanik özellikleri istatistiksel olarak önemli düzeyde etkilediği tespit edilmiştir. Odun ununun buğday sapı ununa nazaran daha iyi mekanik özellikler verdiği ve genel anlamda dolgu maddesi miktarındaki artışla çekme ve eğilme direnci azalırken elastikiyet modülü ve darbe direnci değerlerinin arttığı gözlemlenmiştir. Katkı maddesi miktarının ise çekme direnci, çekmede elastikiyet modülü, eğilme direnci ve eğilmede elastikiyet modülü değerleri üzerinde istatistiksel olarak etkili olduğu ve bu değerleri azalttığı tespit edilirken kopmada uzama ve darbe direnci değerleri üzerinde istatistiksel olarak önemli bir etkisinin olmadığı bulunmuştur. Kompozitlerin yoğunluk değerlerinin dolgu maddesi miktarının artması ile arttığı ve katkı maddesi miktarının artması ile azaldığı tespit edilmiştir. Genel anlamda odun unu ile üretilen kompozitlerin yoğunluk değerleri buğday sapı unu ile üretilenlerden daha yüksek bulunmuştur.Köpüklendirme öncesinde kompozit malzemelerin gaz tutma kapasiteleri ve gaz çıkış hızları belirlenmiştir. Gaz tutma kapasitesinin dolgu maddesi miktarına bağlı olarak azalırken dolgu maddesi tipi ve katkı maddesi miktarından istatistiksel olarak etkilenmediği tespit edilmiştir. Ancak yüksek dolgu maddesi oranlarında katkı maddesi miktarının gaz tutma kapasitesini olumlu yönde etkilediği belirlenmiştir. Gaz çıkış hızında ise daha karmaşık bir ilişki tespit edilmiştir. Gaz çıkış hızı üzerinde tüm faktörlerin (hammadde tipi, hammadde miktarı ve katkı maddesi miktarı) istatistiksel olarak etkili olduğu tespit edilmiştir.Köpüklendirme sonrasında yoğunluk değerlerinde meydana gelen yoğunluk değişim miktarları incelenmiştir. Dolgu maddesi tipine bakılmaksızın, dolgu maddesi ve katkı maddesi miktarındaki artışa paralel olarak yoğunluk değişim miktarında azalma olmuştur. Yüksek dolgu maddesi kullanıldığı durumlarda katkı maddesinin olumsuz etkisinde azalma gözlemlenmiştir. Oluşturulan kompozit köpükler üzerinde taramalı elektron mikroskobu (SEM) yardımıyla görüntüler alınmıştır. İçerisinde dolgu maddesi ve katkı maddesi olmayan PS örneklerin SEM görüntüleri incelendiğinde kesikli mikro-hücre yöntemiyle köpüklendirme işlemi sonucunda homojen büyüklükte ve mikro hücre boyutunda köpüklerin oluştuğu tespit edilmiştir. Dolgu maddesi tipine bakılmaksızın dolgu maddesi miktarındaki artışın köpük oluşumlarını azalttığı ve dolgu maddesinin köpük oluşumunu olumsuz etkilediği belirlenmiştir.Bu tez kapsamında polistiren esaslı lignoselülozik dolgu maddesi içeren kompozitler ve kesikli mikro hücre yöntemiyle köpükleri üretilmiş ve bu konuda bilgi üretilmiştir. Lignoselülozik dolgu maddesi olarak odun unu ve buğday sapı unu, katkı maddesi olarak ise polystyrene-block-poly(ethylene-ran-butylene)-block-polystyrene-graft-maleic anhydride (SEBS-MA) kullanılmıştır. Bu bilgiler ışığında doğal lif katkılı polistiren kompozitlerin diğer yöntemlerle köpüklendirme çalışmalarına da zemin oluşturulmuştur.

Abstract:
In this study, lignocellulosic filler (wood flour or wheat straw flour) and polystyrene-block-poly(ethylene-ran-butylene)-block-polystyrene-graft-maleic anhydride (SEBS-MA) additive were used to manufacture polystyrene-based composites through compression molding. Some of the manufactured composites were foamed using microcellular foaming technology. Mechanical properties such as tensile strength, tensile modulus, elongation at break, flexural strength, flexural modulus and impact strength tests and prefoaming solubility and diffusivity values of composite samples were determined. Densities of the foamed samples were measured. Also morphologies of them were studied using scanning electron microscopy (SEM).In the case of mechanical properties, filler type and filler loading had a significant effcet on all mechanical properties investigated. Composites produced with wood flour provided better mechanical properties compared to the one with wheat straw flour. Regardles of filler type, with the increase of filler loading, tensile and flexural strength were reduced while modulus of elasticity and impact strength were improved. With the increase of additive loading, all properties except for elongation at break and impact strength were diminished. Density of composites were increased with filler loading but reduced with additive loading. In general, composites produced with wood flour provided higher densities than the ones produced with wheat straw flours.Before foaming, solubility and diffisuvity of manufactured composites were determined. Solubility of composites were reduced with filler loading but not affected by filler type and additive loading. However, at high filler loading, solubility was possitively affected by additive loading. In the case of diffusivity, there was a more complex relationship. Diffusivity was significantly affected by all factors (filler type, filler loading and additive loading).The changes on density (before and after foaming) were also studied and density reductions were calculated. Regardless of filler type, with the increase of filler and additive loading, density reduction of the foamed samples were reduced. Additive had a deleterious affect on density reduction but at high filler loadings this reduction was less severe. Scanning electron microscopy (SEM) of the produced composites were taken. Samples having no filler and additive provided homogenously distributed fine cells. However, regardless of filler type composites with additive and filler provided cells in less number and bigger in size.In this thesis, plystyrene based composites and their microcellular foams were manufactured. Wood flour and wheat straw flour were used as lignocellulosic material and flour and polystyrene-block-poly(ethylene-ran-butylene)-block-polystyrene-graft-maleic anhydride (SEBS-MA) as an additive. The knowledge in this area were gained and backgrournd for future studies were established.