Bartın Üniversitesi Kurumsal Akademik Arşivi

It was found that the crystallinity values (XRD) of the samples decreased with the addition of wood flour. When the thermogravimetric analysis (TGA) values of the samples were examined, it was found that the addition of wood flour reduced the deterioration temperatures (Td) of the samples.

GİRİŞ

Çalışmada Kullanılan Materyallere Ait Genel Bilgiler

Polihidroksibütirat (PHB)
Polipropilen (PP)
Ahşap

Ahşap (Odun) Özellikleri
Isıl İşlem Görmüş Ahşap (Odun) Özellikleri

Maleik Anhidritle Muamele Edilmiş Polietilen (MAPE)

PHB biyopolimeri ucuz olmasına rağmen olumsuz özellikleri, kırılgan bir yapıya sahip olması ve işlem sırasında zayıf termal özelliklere sahip olmasıdır (Mousavioun ve diğerleri, 2010). PLA'nın kırılganlığını arttırmak için plastikleştirici malzemelerle modifikasyon yöntemi günümüzde geçerli hale gelmiştir (Awal vd., 2014).

Biyokompozit Üretiminde Kullanılan Üretim Yöntemi

Çift Vidalı Extruder
Enjeksiyon Kalıplama

Üretilecek ürün yapısı ne kadar karmaşık olursa olsun kısa sürede üretilmesini mümkün kılmaktadır (Bin Abdol Zahar, 2009; Zheng vd., 2011). Sıkıştırma kısmı birbirini tamamlayan iki parçadan oluşmaktadır (Östergen, 2013). a) Ekstruderin beslenmesi, b) Eriyiğin hazırlanması, c) Eriyiğin kalıba basılması, d) Soğuduktan sonra kalıbın açılması (URL-3).

Çalışmanın Yapısı ve Amacı

LİTERATÜR ÖZETİ

Biyopolimerler
Lignoselülozik Dolgu Maddeleri
Polimer ve Dolgu maddeleri arasındaki etkileşimler

Kompozitlerde Ara Yüz ve Ara Faz
Islanma, Yapışma ve Dağılma
Kimyasal Bağlanma
Elektrostatik Bağlanma
Mekanik Bağlanma
İnterdifüzyon

Literatürde Yapılan Çalışmalar

Kompozit üretimde en uygun yöntemin PP 190oC ile %30 ve %40 oranında odun ununun karıştırılması olduğu belirlenmiştir. Böylece ısıl işlem görmüş ve işlem görmemiş odun ununun biyopolimerlerle etkileşim farklılıkları ortaya çıkarıldı.

MATERYAL VE METOT

Materyal

Kompozitlerin Hazırlanması

Bu nedenle PHB kompozitleri 130°C'de pres altından çıkarılmış ve üzerine ağırlık konularak yavaş yavaş oda sıcaklığına soğutulmuştur. Diğer karışımlarda çatlama, kırılma problemi olmadığından pres altında soğutulduktan sonra pres açılarak kompozitler çıkarılarak esneme ve boyut değişikliğine uğramamaları için üzerine 20 kg'lık ağırlık yerleştirildi.

Kompozitlerin Karekterizasyonu

Fiziksel Özellikler

Yoğunluk
Su Alma ve Kalınlığına Şişme
Renk Ölçümü

Mekanik Özellikler

Çekme Direnci ve Çekmede Elastikiyet Modülü
Eğilme Direnci ve Eğilmede Elastikiyet Modülü
Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM)
Termogravimetrik Analiz (TGA)

Yapısal Özellikler

Fouirer Transform Infrared Spektrofotometre (FTIR)
X-ışını kırınım analizi (XRD) ve Partikül Kristallik İndeksinin Belirlenmesi

Çok Kriterli Karar Verme Yöntemi

Entropy Metodu
TOPSIS (Technique for Order of Preference by Similarity to Ideal Solution) Metodu Metodu
PROMETHEE Metodu

Eğilme ve bükülmede elastik direnci hesaplamak için kullanılan numuneler Şekil 3.4'te, cihaza bağlanan numunelerin şekilleri ise Şekil 3.5'te gösterilmiştir. Çok kriterli karar verme yöntemi, mühendislik alanında ve insan faaliyetinin diğer alanlarında karmaşık sorunları çözmek ve kararlar vermek için kullanılan bir yöntemdir. Bu çalışmada malzeme seçiminde çok kriterli karar verme (MCDM) yöntemlerinden TOPSIS ve PROMETHEE yöntemleri kullanılmıştır.

m alternatif ve n kriter içeren çok kriterli karar probleminin karar matrisi D olsun.

Basamak: Sapmaların Büyüklüğünü Belirleme: Bu adımda her bir kriterde elde edilen iki alternatifin değerleri arasındaki farklar Eşitlik 25 ile hesaplanır

Basamak: Olumlu ve Olumsuz Geçiş Akışları

Basamak: Net Geçiş Akışı ve Sıralama Alternatifleri

Gri İlişkisel Analiz Yöntemi
Fuzzy Yöntemi
Fuzzy ANP
EDAS Yöntemi

Karar matrisindeki kriterlerin önem düzeyleri eşit ise Denklem 40 kullanılarak gri oran derecesi (Γ0i) bulunur. AHP, belirsiz bir ortamda karar verme söz konusu olduğunda Chang (1996) tarafından önerilen AHP yönteminin bulanık uzantısının Saaty'nin bulanık küme teorisiyle bütünleştirilmesiyle daha da geliştirildi. Bu çalışmada AHP'nin bulanık uzantısı, hesaplama süresinin daha az olması ve diğer bulanık AHP prosedürlerine göre çok daha basit olması nedeniyle önerilmiştir.

Alan merkezi (COA) yöntemi (Denklem 56) (Zhao ve Govind, 1991), üçgen bulanık sayıları karşılık gelen en iyi bulanık olmayan performans (GSMH) değerlerine dönüştürmek için kullanıldı.

Alternatifleri açıklayan en önemli kriterleri Eşitlik 58 ile belirlenir

EDAS yöntemi (Ortalama Çözüme Uzaklığa Dayalı Değerlendirme), Ghorabaee ve diğerleri tarafından geliştirilen bir MCDM yöntemidir. (2015).

Ortalama çözüm Eşitlik 59 ile belirlenir

Adım 4: Ortalamadan pozitif uzaklık (PDA) ve ortalamadan negatif uzaklık (NDA), kriterin tipine göre (fayda veya maliyet) aşağıdaki gibi hesaplanır (Eşitlik 61-66)

Alternatiflerin AS, değerlendirme skorları Eşitlik71 ile hesaplanır

İstatistik Yöntem

BULGULAR VE TARTIŞMA

I. Kısım: PHB ve PLA Odun Kompozitlerine Ait Bulgular

Kompozisyonlar arasında; En yüksek yoğunluk %30 HT odun unu katkılı PLA/PHB kompozitinde 1,24 g/cm3 olarak belirlendi. PHB numunelerine ısıl işlem görmüş ve işlem görmemiş odun ununun eklenmesinin PHB kompozitlerinin yoğunluğunu %2-16 oranında azalttığı belirlenmiştir. PLA numunelerine UT ve HT odun unu ilavesinin yoğunluğu azalttığı ve indirgeme oranının %3-7 arasında değiştiği tespit edildi.

PHB/PLA karışımına odun unu ilavesinin yoğunluğu diğer kompozitlere göre daha az azalttığı tespit edilmiştir.

Yoğunluk gr/cm 3

Su Alma ve Kalınlığına Şişme

Çalışmada elde edilen su alımı ve kalınlık şişmesi verilerinin gruplar içinde ve gruplar arasında istatistiksel olarak anlamlı olup olmadığını belirlemek için varyans analizi kullanıldı. Elde edilen veriler incelendiğinde örneklerin su alım miktarları arasında önemli bir fark olduğu tespit edildi. Numunelerin 20 gün, 50 gün ve 250 gün sonraki su emme ve şişme miktarlarına ilişkin değerler şekil 4.2'de verilmiştir.

Renk Ölçümü

Mekanik Özellikler

Elde edilen verilere göre üretilen kompozitler arasında çekme ve çekme elastisite modülü değerlerinin istatistiksel olarak anlamlı olduğu tespit edilmiştir. Çekme mukavemetinin varyans analizi Tablo 4.6'da, çekme elastisite modülünün varyans analizi ise Tablo 4.7'de verilmiştir. Çekme mukavemeti ve çekme elastisite değerleri için Duncan testi yapılmış ve değerlerin benzer olmadığı, aralarında önemli farkların olduğu tespit edilmiştir.

Çekme mukavemetindeki elastisite modülüne bakıldığında saf polimerler için en düşük modül (588 MPa) PHB için, en yüksek değer ise PLA için (1190 MPa) belirlendi.

Çekme Direnci

Çekmede Elastikiyet Modülü

Eğilme Direnci ve Eğilmede Elastikiyet Modülü

Isıl işlem görmüş ahşabın daha ciddi bir şekilde azaldığı, %30 HT odun unu ilavesi nedeniyle eğilme mukavemetinin 60,7 MPa'ya düştüğü görüldü. PLA/PHB karışımına bakıldığında odun unu ilavesinin eğilme mukavemetini azalttığı ve PLA ile benzer bir azalma eğilimi gösterdiği tespit edilmiştir. PHB biyopolimerine odun ununun eklenmesinin ardından bükülme modülü, %30 UT eklenmesiyle 1,3 GPa'ya, %30 HT eklenmesiyle 1,6 GPa'ya ulaştı.

Her iki tip odun unu ilavesinin de PHB'nin eğilme direncini arttırdığı bulunmuştur.

Eğilme direnci

/PHB karışımına bakıldığında odun unu ilavesinin eğilme mukavemetini azalttığı ve PLA ile benzer bir azalma eğilimi gösterdiği tespit edilmiştir. Isıl işlem görmüş odun unu ve kontrol odun unu ilaveli kompozitlerin eğilme mukavemetleri Şekil 4.5'te verilmiştir. PLA en yüksek elastikiyet modülüne sahiptir. Polimere odun unu ilavesi sonrasında bükülmedeki elastisite modülü artmış ve en yüksek elastisite modülü %30 UT ilavesinde 4 GPa olarak belirlenmiştir.

Benzer çalışmalarda Gunning ve ark. 2013) çalışmalarında kenevir/PHB ve liyosel/PHB kompozitlerinin esneklik modülünü araştırdılar.

Eğilmede Elastikiyet Modülü

Çentikli Şok Direnci

Elde edilen veriler üzerinde yapılan Duncan testi sonucunda kompozitlerin kayma darbe dayanımının farklı ve istatistiksel olarak anlamlı olduğu görülmüştür. /PLA karışımına odun ilavesinden sonra ısıl işlem görmüş ve işlenmemiş odun ununun ilavesi göçük darbe dayanımında olumlu bir değişikliğe neden olmamıştır. 20 odun unu ilavesinin, kompozitlerin eğilme ve çekme mukavemetine paralel olarak çentikli darbe direncinde de azalmaya neden olduğu rapor edilmiştir (Altuntaş ve Aydemir, 2019).

Aydemir ve Gardner (2020) ayrıca odun unu miktarı arttıkça PHB kompozitlerinin çentik darbe dayanımı değerlerinin azaldığını bildirmiştir.

Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM)

Çentikli şok direnci

Termal Özellikler

Yapısal Özellikler

FTIR Analizi
X-Işını Kırınım Analizi (XRD)

Çok Kriterli Karar Verme Yöntemi ile Parametre Optimizasyonu

TOPSIS ve PROMETHEE yöntemleriyle elde edilen performans sıralamaları
GRİ İlişkisel Analiz Yöntemi ile Performans Sıralamaları

II. Kısım: PP Polimer İçerisine İlave Edilen PLA ve PHB Kompozitlerine Ait Bulgular Bulgular

Isıl işlem yapılmadan odun unu ilave edilen PLA/PHB karışımlarının DTGmax değerlerinin daha yüksek olduğu tespit edilmiştir. Odun unu ilave edilmiş PLA ve PLA kompozitlerinin XRD modelinin tepe noktaları Şekil 4.14'te gösterilmektedir. PLA/PHB kompozitlerinin XRD deseni ve pikleri ile odun unu ilavesi Şekil 4.15'te gösterilmektedir.

Isıl işlem görmeden odun unu ilavesiyle PLA/PHB kompozitlerinin benzer bir 5 zirvesi verdiği belirlendi.

Su alma%

Renk Ölçümü

Yatigala, Maleik Anhidrürün (ağırlıkça %1-2 MA) odun unu karışımıyla hazırlanan PHB ve PLA kompozit örnekleri üzerindeki etkisini araştırdı. En az renk değişimi selüloz ilave edilen örneklerden elde edilmiştir. (2007) %45 odun unu ekledikleri PP kompozitlere ağırlıkça %10 koyu renk pigmenti eklemişler ve numunelere 2000 saat hızlı yaşlandırma uygulamışlardır. Farklı oranlarda odun unu ekledikleri PP numunelerine 500 saat hızlı yaşlandırma uygulamışlar ve renk analizine baktıklarında odun unu ilavesi arttıkça numunelerin renk değişimi miktarında artış olduğunu fark etmişlerdir. %5 ila %20.

Çalışmada odun unu ilavesi ile ısıl işlem görmüş numunelerin kontrol numunelerine göre daha fazla renk değişimi gösterdiği ve UV ışığına daha az dayanıklı olduğu belirtilmiştir (Xing vd., 2015).

Mekanik Özellikler

Eğilme Direnci ve Eğilmede Elastikiyet Modülü

Çekmede elastisite modülüne bakıldığında MAPE ve odun unu ilavesinin genel olarak kompozitlerin elastisite modülünü arttırdığı belirlendi. MAPE ve odun ununun termoplastiklere eklenmesinden elde edilen çekme değeri Şekil 4.20'de, kompozitlere MAPE ve odun ununun eklenmesinden elde edilen çekme elastikiyet modülü değerlerinin sonuçları ise Şekil 4.21'de verilmiştir. 2014) PP polimerine %20 MDF tozu ve çam ağacı unu ekleyerek hazırladıkları numunelerin mekanik özelliklerini araştırmışlardır.

PP numunelerine %30 odun unu ilavesi genel olarak eğilme mukavemetinde %3'lük bir artışla sonuçlandı.

Eğilme Direnci

Çentikli Şok Direnci

Elde edilen darbe dayanımı verilerinin istatistiksel olarak anlamlı olup olmadığını kontrol etmek için varyans analizi kullanıldı. PP kompozitlere %3 MAPE ve %30 W (odun unu) ilave edilerek çentikli darbe dirençleri araştırılmış ve elde edilen sonuçlar Şekil 4.26'da gösterilmiştir. PP numunelerine %30 W (odun unu) ilavesi kompozitlerin darbe dayanımı değerlerini ortalama %12 oranında azaltmıştır.

Elde edilen veriler ışığında darbe dayanımı değerlerinin genel olarak PP kontrolün direnç değerlerinden daha düşük olduğu söylenebilir.

Morfolojik Özellikler

Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM)

Heinemann ve Fritz'in çalışmasının sonuçlarına benzer şekilde Bax ve Müssig (2008), PLA'ya cordenka lifleri eklenmesinin, kompozitin şok direncini PP + ağaç lifi kompozitlerine göre daha fazla arttırdığını bildirmiştir. 2005) PHB biyopolimerden gıda kullanım şişeleri üretmiş ve kompozitlerin şoka dayanıklılıklarını (20-30 °C'de 14 gün, 55 °C'de 14 gün, daha sonra -18 °C'de 7 gün bekletmişlerdir) (14 gün boyunca 6 °C'de tutuldu) ve sonuçlar PP şişelerdi. PHB şişelerin darbeye dayanıklılık değerlerinin PP'ye göre çok daha düşük (60/100 oranı) olduğunu bildirdi. Matrikse eklenen MAPE ile odun ununun matriks içerisinde daha homojen bir dağılım gösterdiği belirlendi (Şekil 4.27g). Krishnaiah (2017), %35 sisal lifi ilave edilen PP numunelerinin SEM görüntülerini incelediğinde, numunelerin kesit görüntülerinde liflerin matris içerisinde iyi bir dağılım gösterdiğini ancak lifler arasındaki bağın iyi olduğunu bildirmiştir. ve matris, içerdiği nem ve hava kabarcıklarının oluşması nedeniyle zayıftı.

Aynı çalışmada uyumlaştırıcı olarak halloysit ve silan (3-aminopropiltrietoksisilan) ve PP matrisinde silan eklenen PP numuneleri üzerinde SEM görüntüleme gerçekleştirdi.

Termal Özellikler

Odun unu ilavesi ile kompozitlerin erime sıcaklıklarında önemli bir farklılık olmamasına rağmen kompozitlerin ayrışma sıcaklığı değerlerinin düştüğü (422°C'den 282°C'ye) tespit edilmiştir. PP+%30PLA kompozitinde, %3 MAPE eklenmesi ilk pikin yerini değiştirmedi ancak ikinci pikin daha da kaydırılmasına neden oldu (430-450°C). PP+%30PHB+MAPE için bozunma oranının en yüksek olduğu pik diğerlerinden daha yüksek ve daha uzundur.

Benzer bir çalışmada ZiaeiTabari ve Khademieslam (2012) farklı oranlarda PP ekledikleri nanokil ve odun unu örneklerinin termal özelliklerinin çeşitli uyumlaştırıcılar kullanılarak iyileştirildiğini bildirmişlerdir.

Yapısal Özellikler

Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR)
X-Işını Kırınım Analizi (XRD)

Mofokeng (2012) yaptığı bir çalışmada PP ve PLA numunelerine ağırlıkça %6 sisal lifi karıştırıp TGA analizi yapmıştır. Genel olarak PP ve PLA, MAPE ve odun ununun ilave edildiği kompozitlerin kimyasal içeriklerinin birbirine benzer olduğu tespit edilmiştir. PP ve PLA/PHB biyopolimerlerinin kristallik değerlerini belirlemek için yapılan benzer çalışmalarda, ZiaeiTabari ve Khademieslam, H. 2012), nanokil ve MAPP uyumlulaştırıcı ekledikleri PP numunelerinin XRD analizini yapmış ve nanokilin iyi bir biyopolimer olduğu sonucuna varmıştır. PP'de dağıtım.

Ying-Chen ve ark., PP ve PLA termoplastikleri ile yaptıkları bambu elyaf takviyeli ahşap plastik kompozit numunelerine uyguladıkları XRD ve diğer morfolojik analizler sonucunda. (2010), PP/PLA için yüzde cinsinden en iyi karışım oranlarının /BF/MAH-g-PP karışımı olduğunu bulmuşlardır.

Çok Kriterli Karar Verme Yöntemi İle En İyi Örneğin Seçimi

FUZZY-AHP yöntemi
Gri İlişkisel Analiz Yöntemi ile Performans Sıralamaları

Uzun dalga kızılötesi ışınların PP kompozitlerin kristalleşme sıcaklığını arttırdığını ancak kristalleşmenin yapısal özelliklerini etkilemediğini bulmuşlardır. PP+%30PHB+%30W, PP+MAPE+%30PLA ve PP+%30PHB kompozitleri en düşük verimlilik değerlerine sahip olarak skalanın sonunda yer aldı. ANOVA'nın varsayımları olan normal dağılım ve varyansların homojenliği koşulları yerine getirildikten sonra PLA/PHB ve UT-HT karışımlarının malzemenin teknolojik özelliklerine etkileri araştırıldı.

Kurulan regresyon modelleri incelendiğinde modellerin anlamlı ve geçerli olduğu, R2 değerlerinin ise kabul edilebilir sınırlar içerisinde olduğu görülmektedir.

SONUÇ VE ÖNERİLER

Effect of lauric acid on the thermal and mechanical properties of polyhydroxybutyrate (PHB)/starch composite biofilms. The effect of heat treatment of wood fibers on the properties of flat pressure wood plastic composites. Comparison of water absorption and mechanical properties of wood-plastic composites made of polypropylene and polylactic acid.

Mechanical properties of cellulose nanofiber (CNF)-reinforced polylactic acid (PLA) prepared by twin-screw extrusion.