Biyokompozit üretiminde bitkisel tabaklanmış deri atıklarının kullanım potansiyelinin araştırılması

Abstract

Polimer matrisli kompozitler sahip oldukları hafiflik, kolay işlenebilme ve iyi korozyon direnci gibi avantajları sebebiyle birçok endüstriyel uygulamada tercih edilmektedir ve birçok polimer esaslı malzemenin üretiminde yaygın olarak petrol ve doğalgaz gibi fosil kaynaklardan sentezlenen `geleneksel` petrokimyasal polimerler kullanılmaktadır. Ne var ki bu tür polimerlerin sentezlenmesi ve oldukça yoğun bir biçimde kullanımı ciddi bir çevresel yüke sebep olmaktadır. Fosil kaynaklara bağımlı olan geleneksel polimerlerin kullanımı, azalan petrol rezervlerinin etkisiyle sürdürülebilirliğin sağlanması noktasında endişeleri de artırmaktadır. Endüstriyel üretimde bir diğer önemli konu, döngüsel ekonomi kapsamında atıkların bertaraf edilmesi veya depolanması yerine ikincil hammaddeler olarak yeniden kullanılması ve katma değer sağlanmasıdır. Bu amaçlar doğrultusunda tez çalışması kapsamında sürdürülebilir ve çevre dostu yeni bir biyokompozitin üretimi araştırılmıştır.Biyokompozitlerin takviye fazında bitkisel tabaklanmış deri tıraş atıkları, matris fazında ise şeker kamışı gibi yenilenebilir bir kaynaktan elde edilen yüksek yoğunluklu biyopolietilen (BiyoPE) kullanılmıştır. Literatür incelendiğinde BiyoPE'nin çeşitli takviye malzemeleri ile biyokompozit üretiminde değerlendirildiği fakat deri atığı takviyeli herhangi bir biyokompozit çalışmasının bulunmadığı görülmüştür. Bu açıdan bakıldığında tez çalışması; bir yandan endüstriyel bir atığın yeniden kullanımına diğer yandan biyopolimer kullanılarak çevre dostu yeni bir biyokompozitin üretimine odaklanmıştır. Bu çalışmada kullanılan matris ve takviye malzemeleri, herhangi bir uyumlaştırıcı veya bağlayıcı kimyasal madde ilave edilmeden, termo-kinetik karıştırıcı vasıtasıyla çeşitli oranlarda karıştırılmıştır ve ardından ısıtma üniteli hidrolik pres kullanılarak biyokompozit üretiminde değerlendirilmiştir. Üretilen biyokompozit örneklerinin mekanik, termal ve morfolojik özellikleri yapılan testler ile belirlenmiş ve literatürdeki benzer çalışmalar ile karşılaştırılmıştır. Biyokompozitlerin termal analizlerinden elde edilen sonuçlar, deri atığı takviyesinin saf BiyoPE'nin bozunma sıcaklığını öteleyerek termal kararlılığını artırdığını ve 200°C'lere kadar kabul edilebilir kütle kayıpları sergileyerek kompozit üretimi için elverişli olduklarını göstermiştir. Mekanik testlerden elde edilen veriler ise, kompozitlerin çekme dayanımı ve kopma uzaması değerlerinin saf polimere göre düştüğünü fakat elastisite modülünün yükseldiğini ve bazı konsantrasyonlarda darbe dayanımının arttığını göstermiştir.

Polymer matrix composites are preferred in many industrial applications due to their advantages such as lightness, easy processing and good corrosion resistance, and `traditional` petrochemical polymers synthesized from fossil sources such as petroleum and natural gas are widely used in the production of many polymer-based materials. However, the synthesis and intensive use of such polymers cause a serious environmental burden. The use of traditional polymers, which are dependent on fossil resources, also raises concerns about ensuring sustainability with the effect of depleting oil reserves.Another important issue in industrial production is the reuse of wastes as secondary raw materials and providing added value, instead of disposal or storage within the scope of circular economy. For these purposes, the production of a new sustainable and environmentally friendly biocomposite was investigated within the scope of the thesis.Vegetable tanned leather shaving waste was used in the reinforcement phase of the biocomposites, and high-density biopolyethylene (BioPE) obtained from a renewable resource such as sugar cane was used in the matrix phase. In the literature BioPE was evaluated in the production of biocomposites with various reinforcement materials, to the best of the author's knowledge no previous research in the literature carried out regarding production of biocomposite reinforced with leather waste. From this point of view, this thesis focused on the reuse of an industrial waste and the production of a new environmentally friendly biocomposite using biopolymer.The matrix and reinforcing materials used in this study were mixed in various proportions by means of a thermo-kinetic mixer without adding any compatibilizer or binder chemicals, and then evaluated in the production of biocomposite using a hydraulic press with heating unit. The mechanical, thermal and morphological properties of the produced biocomposite samples were determined by tests and compared with similar studies in the literature. The results obtained from the thermal analyzes of biocomposites showed that the leather waste reinforcement increased the thermal stability of pure BioPE by shifting the degradation temperature and exhibited acceptable mass losses up to 200°C, making them suitable for composite production. The data obtained from the mechanical tests showed that the tensile strength and elongation at break values of composites decreased in comparison to the neat polymer, but improved modulus of elasticity, and increased impact strength at some concentrations.