PVA-GLYOXAL-NFC nanokompozitlerin üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of PVA-GLYOXAL-NFC nanocomposides
Yazar: ABDULTALİB KALCA
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ EVRİN TUĞAY
Recep Tayyip Erdoğan Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Karakterizasyon = Characterization ; Nanoselüloz = Nanocellulose ; Oksitlenme = Oxidation ; Selüloz = Cellulose

Özet:
Son zamanlarda, çevresel krizler ve sürdürülebilirlik sorunları nedeniyle, doğal liflerin biyokompozit malzemelerde kullanılmasına olan ilgi önemli ölçüde artmaktadır. Selüloz, dünya çapında bitkilerden veya alglerden elde edilen çevre dostu bir malzemedir. Mikro ve nanofibrillenmiş selüloz lifleri, üstün biyolojik bozunma, yüksek termal ve güçlü mekanik özelliklerinden dolayı kompozit malzemelerde takviye malzemesi olarak kullanılabilir. Tez kapsamında, takviye elemanı olarak mikrofibrillenmiş selüloz lifleri (MFS) ve nanofibrillenmiş selüloz lifleri (NFS) kullanılarak biyokompozit malzemeler üretildi. Matris malzemesi olarak yeşil bir polimer olan polivinil alkol (PVA) seçildi. PVA'yı suda çözünmez hale getirmek ve polimerlerin bağlanmasında etkili olması için çapraz bağlayıcı olarak Glioksal malzemesi seçildi. Bu çalışmada nanofibrillenmiş selüloz lifleri (NFS) elde edilirken yüksek verimli ve daha düşük mekanik enerji tüketimi nedeniyle TEMPO destekli oksidasyon yöntemi kullanılmıştır. Seyretilmiş TOS örnekleri Homojenizatör cihazına tabi tutularak TEMPO-destekli oksitlenmiş nanofibril selüloz (TONS) süspansiyonu üretilmiştir. Üretilen biyokompozit malzemelerin yapısal ve termal özelliklerini belirlemek üzere, Taramalı elektron mikroskobu (SEM), Fourier dönüşümü kızılötesi spektroskopisi (FTIR), Termogravimetrik Analiz (TGA), Diferansiyel taramalı kalorimetri (DSC), X-ışını kırınımı (XRD) cihazlarına tabi tutulmuştur. SEM sonuçlarında çoğu örneğin yüzeyi düzgün ve pürüzsüz MFS ve NFS filmlerin yüzeyinde ve içeriğinde tek düze olarak dağılmaktadır. XRD sonuçlarında glioksal çapraz bağlayıcı içermeyen MFS-PVA ve NFS-PVA kompozitleri kristal yapısını korumaktadır. TGA sonuçlarında ise Glioksal çapraz bağlayıcı içermeyen MFS-PVA ve NFS-PVA örnekleri Glioksal içeren MFS-PVA-Glioksal ve NFS-PVA-Glioksal örneklerine karşı daha kararlıdır.

Abstract:
Recently, the interest in using natural fibers in biocomposite materials has increased significantly due to environmental crises and sustainability issues. Cellulose is an environmentally friendly material derived from plants or algae around the world. Micro and nano-fibrillated cellulose fibers can be used as reinforcement materials in composite materials due to their superior biodegradation, high thermal and strong mechanical properties. Within the scope of the thesis, biocomposite materials were produced by using microfibrillated cellulose fibers (MFC) and nanofibrillated cellulose fibers (NFC) as reinforcement elements. Polyvinyl alcohol (PVA) which is a green polymer,  was chosen as the matrix material. Glyoxal material was chosen as crosslinker to render PVA insoluble in water and to be effective in binding polymers. In this study, TEMPO assisted oxidation method was used to obtain nanofibrillated cellulose fibers (NFC) due to its high efficiency and lower mechanical energy consumption. Diluted TOC samples were subjected to Homogenizer device to produce TEMPO-supported oxidized cellulose nanofibril (TOCN) suspension. It has been subjected to scanning electron microscopy (SEM), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), Thermogravimetric Analysis (TGA), Differential scanning calorimetry (DSC), X-ray diffraction (XRD)  in order to determine the structural and thermal properties of the produced biocomposite materials. In the SEM results, most samples are uniformly distributed on the surface and content of the smooth and smooth MFS and NFS films. In XRD results, MFC-PVA and NFC-PVA composites without glyoxal crosslinker preserve their crystal structure. In TGA results, MFC-PVA and NFC-PVA samples without Glyoxal crosslinker are more stable against MFC-PVA-Glyoxal and NFC-PVA-Glyoxal samples containing glyoxal.