Selülozik tarımsal atıklardan elde edilen lifler ve poliüretan köpük ile oluşturulan biyo-bazlı kompozitlerin mekanik, ses yutum, termal ve morfolojik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of mechanical, sound absorption, thermal and morphological properties of bio-based composites formed with the fibers obtained from cellulosic agricultural wastes and polyurethane foam
Yazar: HİLAL OLCAY
Danışman: PROF. DR. EMİNE DİLARA KOÇAK
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Tekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Tekstil Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Tekstil ve Tekstil Mühendisliği = Textile and Textile Engineering

Özet:
Petrokimya ürünleri, sanayi devriminden itibaren hayatın her alanına girmiştir ancak yenilenemeyen yapıları, biyobozunur ve geri dönüştürülebilir olmamaları ve tükenmekte olan kaynaklara bağımlılıkları dolayısıyla çevresel ve maddi sorunlara neden olmuştur. Bu noktada, polimer sentezinde bazı petro-kimyasalların yerine doğal malzemelerin kullanılması ya da kompozitlerde doğal liflerin takviye olarak kullanılması ile petrol bazlı malzemelerin kullanımının azaltılması gibi uygulamalara yönelme söz konusu olmuştur. Böylece daha hafif, düşük maliyetli, biyobozunabilir, düşük fosil yakıt tüketimi gerektiren ve düşük sera gazı emisyonları oluşturan malzemeler elde edilebilmektedir.
Ülkemizde gelişmiş tarım sektörü dolayısıyla, çoğu yeterli şekilde yönetilmeyen ve kullanılmayan büyük miktarlarda tarımsal atık oluşmaktadır. Endüstriyel malzemelerin üretiminde bu atıkların kullanımını ön plana çıkaran çalışmalar yapmak hem çevresel hem de maddi açıdan fayda sağlayacaktır. Bu çalışmada, enginar gövde atık lifleri, mısır püskülü lifleri ve pirinç bitkisi atıkları biyo-bazlı kompozit eldesinde takviye olarak kullanılmıştır. Matris ile uyumluluğunu geliştirmek üzere liflere %5 ve %10 NaOH ile 5, 10 ve 15 dakika yüzey modifikasyon işlemleri uygulanmıştır. FTIR analizleri, ağırlık kayıpları ve morfolojik yapıları incelenmiş ve %10 NaOH ile 15 dakikalık işlem optimum seçilmiştir. Hem işlem görmüş hem de görmemiş liflerin takviyeyi oluşturduğu biyo-bazlı kompozitlerde, özellikle otomotiv ve inşaat olmak üzere geniş uygulama alanına sahip olan esnek poliüretan köpükler matris yapıyı oluşturmuştur. Tarımsal atıkların ağırlıkça %5, 10, 15 ve 20 takviye oranlarında kullanılması ile elde edilen biyo-bazlı kompozitlerin mekanik özellikleri incelenmiş ve en iyi performansa sahip kompozitler seçilmiştir. Bu kompozitler daha sonra termal ve ses absorpsiyon testlerine tabi tutulmuş ve sonuçlar kompozitlerin morfolojik özellikleriyle birlikte değerlendirilmiştir. Biyo-bazlı kompozitlerin gelişmiş termal ve akustik özelliklerinin otomotiv başta olmak üzere birçok sektörde kullanılma imkanı sağladığı tespit edilmiştir.

Abstract:
Petrochemical products have entered all areas of life since the industrial revolution, but they have caused environmental and financial problems due to their non-renewable structures, non-biodegradability, non-recyclability and dependency on running out resources. At this point, there has been a tendency towards applications such as using natural materials instead of some petro-chemicals in polymer synthesis or reducing the use of petroleum-based materials by using natural fibers as reinforcement in composites. Thus, materials that are lighter, low cost, biodegradable, require low fossil fuel consumption and create low greenhouse gas emissions can be obtained.
Due to the developed agricultural sector in our country, large amounts of agricultural waste are generated, most of which are not managed and used adequately. Studies that emphasize the use of these wastes in the production of industrial materials will provide both environmental and financial benefits. In this study, artichoke stem waste fibers, corn tassel fibers and rice plant waste were used as reinforcement in bio-based composites. In order to improve the compatibility with the matrix, surface modification processes have been applied to the fibers with 5% and 10% NaOH for 5, 10 and 15 minutes. The optimum process, a 15-minute treatment with 10% NaOH, has been selected considering FTIR analysis, weight loss and morphological structures. In bio-based composites, where both treated and untreated fibers form the reinforcement, flexible polyurethane foams, which have a wide application area, especially in automotive and construction, have formed the matrix. The mechanical properties of bio-based composites obtained by using agricultural wastes at 5, 10, 15 and 20% by weight reinforcement ratios were examined and the composites with the best performance were selected. These composites were then subjected to thermal and sound absorption tests and the results were evaluated together with the morphological properties of the composites. It has been determined that the improved thermal and acoustic properties of bio-based composites provide the opportunity to be used in many sectors, especially automotive.