Influence of Lignocellulosic Fillers and Interfaces on Thermal and Mechanical Properties of Biocomposites

Bu tez çalışması temel olarak beş ana bölümden oluşmaktadır. Çalışmanın birinci bölümünde daha önce çalışılmamış alternatif lignoselülozik dolgu malzemelerinin özellikleri araştırılmıştır. Bu malzemelerin selüloz, hemiselüloz ve lignin oranları kimyasal kompozisyon analiziyle, molekül yapısındaki bağların tanımlanması Fourier dönüşümlü kızılötesi (FTIR) spektroskopisiyle, kristallografik özellikleri Xışını kırınım (XRD) analiziyle, termal kararlılıkları termogravimetik analiz (TGA) ile ve morfolojik özellikleri taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılarak incelenmiştir. Böylece budama atığı kiraz ağacı dallarının odun ve kabuk kısımları için elde edilen sonuçlar literatüre kazandırılmıştır.
İkinci kısımda, odun ve kabuk dolgu malzemeleri 100 mikron altı ve 100-250 mikron
arası parçacık boyutlarında polipropilenin (PP) içerisine ağırlıkça %5, %10, %15 ve
%20 oranlarında katılarak biyokompozit malzeme üretimi gerçekleştirilmiştir.
Üretilen bu numunelere çekme, üç nokta eğme ve dinamik mekanik analiz (DMA)
testleri yapılarak odun ve kabuk dolgu malzemelerinin ve farklı dolgu
malzemelerinin parçacık boyutunun biyokompozitlerin mekanik ve viskoelastik
özelliklerine etkisi incelenmiştir. Saf PP referans alınarak üretilen biyokompozitlerin
mekanik özellikleri karşılaştırıldığında; 21.2 MPa çekme dayanımı, 1150 MPa çekme
modülü, 34 MPa eğilme dayanımı ve 1334 MPa eğilme modülü değerlerine sahip
olan ağırlıkça %10 oranda 100 mikron altı odun dolgu malzemesi içeren
biyokompozitin diğer tüm dolgu malzemeleri ve oranları içerisinde optimum
değerleri verdiği belirlenmiştir.
Çalışmanın üçüncü adımında, 100 mikron altı odun dolgu malzemesine, yüzey
modifikasyonu için ideal oranının belirlenmesi amacıyla, 60 dakika sabit sürede, %3,
%5 ve %10 oranlarında sodyum hidroksit (NaOH) ile yüzey işlemine tabi
tutulmuştur. FTIR analiz sonuçlarına göre en etkili modifikasyon parametresi olarak
%5 NaOH oranı tespit edilmiştir. Çalışmanın dördüncü bölümünde, saf PP’nin
içerisine ağırlıkça %1, %3 ve %5 oranlarında maleik anhidrit aşılı polipropilen
(MAPP) ilave edilmiştir. İdeal katkı oranının belirlenmesi için numunelere çekme ve
üç nokta eğme testleri uygulanmıştır. Bu testler sonucunda, 29 MPa çekme dayanımı,
1075 MPa çekme modülü, 47 MPa eğilme dayanımı ve 1864 MPa eğilme modülü
değerleri ile en iyi sonuç ağırlıkça %3 MAPP katkılanmış numunede elde edilmiştir.
Çalışmanın beşinci ve son adımında ise, tez çalışmasının bu aşamasına kadar elde
edilen en ideal oranlar kullanılarak termal ve mekanik özellikleri iyileştirilmiş nihai
biyokompozit malzeme üretilmiştir. Bu malzemenin içeriği ağırlıkça %10 oranında
%5 NaOH ile modifiye edilmiş 100 mikron altı odun dolgusu ve ağırlıkça %3
MAPP’tan oluşmaktadır (5AT10W-3MAPP). Elde edilen mekanik analiz sonuçlarına
göre, bu kompozisyon saf PP ile karşılaştırıldığıda çekme dayanımında yaklaşık
%10, çekme modülünde ise yaklaşık %60 oranında bir artış göstermiştir. Benzer
şekilde, 5AT10W-3MAPP numunesinin termal özellikleri saf PP ile
karşılaştırıldığında biyokompozitlerin termal kararlılığı ve kristalleşme hızlarında
sırasıyla 21.5 ℃ ve %5.6 oranlarında iyileşme gözlemlenmiştir.