Lignin destekli atık polistiren kompozitlerinin hazırlanması ve karakterizasyonu
Ligine production and assessment in polystrene composite production
Yazar: AHMET KESKİN
Danışman: PROF. DR. DENİZ AYDEMİR ; DR. ÖĞR. ÜYESİ ORHAN KELLECİ
Bartın Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Orman Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Ağaç İşleri = Wood Products
Dizin: Geri dönüşüm =   ; Polimer kompozitler = Polymer composites

Özet:
Bu çalışmada laboratuvar ortamında Derin Eutektik Çözücü (DES) yöntemi ile elde edilen ve piyasadan satın alınan lignin, polistiren polimeri içerisinde dolgu maddesi olarak kullanılmıştır. Çalışmada, ligninin polistiren malzemenin mekanik, fiziksel ve morfolojik özelliklerini nasıl etkilediği araştırılmıştır. Çalışmanın amacı, dünyada en fazla kullanılan termoplastik malzemelerden birisi olan polistirenin doğal bir polimer olan lignin kullanılarak daha çevreci hale getirilmesini sağlamak ve polistirenin mekanik direnç özelliklerini artırmaktır. Polistiren doğada yüzlerce yıl bozulmadan kalabilir. Bu maksatla çalışmada atık polistiren kullanılmıştır. Böylece polistirenin geri dönüşümü de amaçlamıştır. 

Çalışmada yöntem olarak polistiren ve lignin karışımı çözücü içerisinde eritilmiş ve kauçuk kıvamında karışım hazırlanmıştır. Karışı kalıplandıktan sonra fırın içerisinde çözücü uzaklaşana kadar bekletilmiştir. Çözücü aseton kompozit içerisinden uzaklaştığında, kompozit sertleşmiştir. Fırından alınan kompozitler, ebatlanarak analiz örnekleri hazırlanıştır. 

Lignin dolgulu polistiren kompozitin mekanik karakterizasyonunda eğilme, eğilmede elastikiyet modülü, çekme ve şok analizleri gerçekleştirilmiştir. Fiziksel karakterizasyonunda su alma, şişme ve yoğunluk analizleri gerçekleştirilmiştir. Morfolojik analiz yöntemlerinde ise stereo elektron mikroskop kullanılarak kompozitlerin yüzey ve matris iç yüzeyi incelenmiştir. 

Elde edilen sonuçlara göre lignin dolgulu polistiren kompozitlerin eğilme dirençlerinde iyileşme tespit edilmiştir. Eğilme dirençlerdeki iyileşmeye rağmen lignnin ilavesi kompozitin çekme dirençlerini azaltmıştır.  Kopmada uzama oranları ticari ligninde azalırken DES (Deep Eutectic Solvents) yöntemiyle elde edilen lignin kullanımında artmıştır. Kompozitlerin fiziksel özelliklerinden kalınlığına şişme ve su alma miktarları artarken yoğunluklar düşmüştür. Elde edilen sonuçlar genel olarak değerlendirildiğinde polistiren polimerlerin lignin gibi doğal bir polimer ile takviye edilmesinden olumlu sonuçlar elde edilmiştir.

Abstract:
In this study, lignin obtained in the laboratory and purchased from the market was used as a filler in polystyrene polymer. How lignin affects the mechanical, physical and morphological properties of polystyrene material was investigated. The aim of the study is to make polystyrene, one of the most used thermoplastic materials in the world, more environmentally friendly by using lignin, a natural polymer, and to increase the mechanical resistance properties of polystyrene. Polystyrene can remain intact in nature for hundreds of years. For this purpose, waste polystyrene was used in the study. Thus, it also aimed to recycle polystyrene.

As a method in the study, the polystyrene acetone lignin mixture was melted in the solvent and the rubber-like mixture was molded and kept in the oven until the solvent was removed. When the solvent acetone moved away from the composite, the composite hardened. Composites taken from the furnace were sized and analysis samples were prepared.

In the mechanical characterization of lignin-filled polystyrene composite, bending, modulus of elasticity in bending, tensile and shock analyzes were carried out. In physical characterization, water uptake, swelling and density analyzes were performed. In morphological analysis methods, the surface and matrix inner surface of the composites were examined using a stereo electron microscope.

According to the results obtained, an improvement in the bending strength of lignin-filled polystyrene composites was detected. Despite the improvement in bending strengths, the addition of lignin reduced the tensile strengths of the composite. While elongation rates at break decreased in commercial lignin, they increased in the use of lignin obtained by the DES (Deep Eutectic Solvents) method. As the physical properties of the composites increase, the swelling and water absorption amounts increase, while the densities decrease. When the results obtained are evaluated in general, positive results were obtained from the reinforcement of polystyrene polymers with a natural polymer such as lignin.