Kenevir liflerinden çevre dostu tümü-selüloz kompozit elde edilmesi
Environmentally friendly all-cellulose composite production from hemp fibers
- Tez No: 1002745
- Danışmanlar: PROF. DR. CELİL ATİK
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Ormancılık ve Orman Mühendisliği, Forestry and Forest Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Orman Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Orman Endüstri Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışmada, kenevir bitkisinin floem lifleri kullanılarak çevre dostu tümü-selüloz kompozit (TSK) malzeme üretimi gerçekleştirilmiş ve farklı saflaştırma yöntemlerinin liflerin kimyasal, yapısal ve mekanik özellikleri üzerindeki etkileri incelenmiştir. Tümü-selüloz kompozitler hem takviye hem de matris fazının aynı kimyasal yapıdan oluşması nedeniyle yüksek ara yüzey uyumu sağlayan tek bileşenli sistemlerdir. Selüloz bazlı olmaları, biyobozunur ve yenilenebilir kaynaklı malzemeler olarak sürdürülebilir malzeme tasarımında dikkat çekmelerine neden olmaktadır. Çalışmada kenevir lifleri alkali ekstraksiyon, ultrasonik işlem, enzimatik işlem ve ters osmoz gibi farklı saflaştırma yöntemleri ile işlenmiş; elde edilen lifler kimyasal analiz, FTIR-ATR, XRD, mekanik testler ve termo-mekanik analizler ile karakterize edilmiştir. Kimyasal analiz sonuçları, özellikle lignin ve hemiselüloz içeriğinde belirgin azalma ve α-selüloz oranında artış olduğunu göstermiştir. FTIR bulguları, selülozun temel β-1,4-glikozidik yapısının korunduğunu, buna karşılık amorf lignoselülozik bileşenlerin önemli ölçüde uzaklaştırıldığını doğrulamıştır. XRD ve FTIR kristallilik değerlendirmeleri, saflaştırma işlemlerinin kristal yapı üzerinde etkili olduğunu göstermiş; ancak kristallilik artışının her durumda mekanik performansı doğrudan iyileştirmediği belirlenmiştir. Özellikle polimerizasyon derecesindeki düşüşün belirgin olduğu örneklerde mekanik dayanımın sınırlı kaldığı görülmüş, böylece kristallilik ile zincir bütünlüğü arasındaki dengenin performans açısından belirleyici olduğu ortaya konmuştur. İncelenen işlem koşulları arasında H5 protokolü, kimyasal saflık ile moleküler bütünlük arasında daha dengeli bir yapı sunmuştur. Kompozit üretiminde kullanılan iyonik sıvı türünün yapısal ve mekanik özellikler üzerinde etkili olduğu belirlenmiştir. EMIM[Ac] ile hazırlanan kompozitlerde daha yüksek rijitlik ve dayanım değerleri elde edilirken, BMIM[Cl] kullanılan sistemlerde daha yüksek uzama değerleri gözlenmiştir. Bu farklılık, çözünme–rejenerasyon sürecinde kristal–amorf dengenin ve zincirler arası etkileşimlerin farklı biçimlerde yeniden düzenlenmesi ile ilişkilendirilmiştir. Sonuç olarak, kenevir liflerinden elde edilen tümü-selüloz kompozitlerin sürdürülebilir malzeme tasarımı açısından potansiyel taşıdığı; ancak optimum performans için saflaştırma şiddeti, zincir bütünlüğü ve yeniden düzenlenme mekanizmasının birlikte değerlendirilmesi gerektiği belirlenmiştir. Çalışma, doğal lif esaslı tümü-selüloz kompozitlerin geliştirilmesinde işlem parametrelerinin çok boyutlu analizinin önemini ortaya koymakta ve ileri uygulama çalışmalarına bilimsel bir temel sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
In this study, environmentally friendly all-cellulose composite (ACC) materials were produced using hemp bast (phloem) fibers, and the effects of different purification methods on the chemical, structural, and mechanical properties of the fibers were systematically investigated. All-cellulose composites are single-component systems in which both the reinforcement and matrix phases share the same chemical structure, resulting in inherently high interfacial compatibility. Owing to their cellulose-based composition, biodegradability, and renewable origin, these materials have attracted considerable attention for sustainable material design. In this study, hemp fibers were subjected to various purification treatments, including alkaline extraction, ultrasonic treatment, enzymatic processing, and reverse osmosis. The treated fibers were characterized by chemical analysis, FTIR-ATR, XRD, mechanical testing, and thermo-mechanical analysis. Chemical analysis revealed a significant reduction in lignin and hemicellulose content, accompanied by an increase in α-cellulose content. FTIR results confirmed that the fundamental β-1,4-glycosidic backbone of cellulose was preserved, whereas amorphous lignocellulosic components were substantially removed. Crystallinity assessments based on XRD and FTIR indicated that purification treatments influenced the crystalline structure of cellulose. However, increased crystallinity did not consistently translate into improved mechanical performance. In samples where a pronounced decrease in the degree of polymerisation was observed, the mechanical strength remained limited, demonstrating that the balance between crystallinity and molecular chain integrity plays a decisive role in determining performance. Among the investigated processing conditions, the H5 protocol provided a more balanced structure in terms of chemical purity and molecular integrity. The type of ionic liquid used in composite fabrication significantly affected the structural and mechanical properties. Composites prepared with EMIM[Ac] exhibited higher stiffness and strength, whereas those prepared with BMIM[Cl] showed greater elongation at the break. These differences were attributed to variations in the crystal–amorphous balance and interchain interactions arising from the dissolution–regeneration process. In conclusion, all-cellulose composites derived from hemp fibers demonstrate promising potential for sustainable material design. However, optimal performance requires careful consideration of purification severity, chain integrity, and structural reorganisation mechanisms. This study highlights the importance of a multidimensional evaluation of processing parameters in the development of natural fiber-based all-cellulose composites and provides a scientific basis for future application-oriented research.
Benzer Tezler
- Kenevir terbiyesinde yenilikçi ve çevre dostu yöntem geliştirilmesi
Developing an innovative and environment-friendly-method in hemp trearment
BUKET MECİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Tekstil ve Tekstil MühendisliğiBursa Uludağ ÜniversitesiMühendislik Bilimleri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEMİHA EREN
- Düşük plastisiteli bir kil zeminin mekanik özellikleri üzerine kenevir ve polipropilen liflerin etkilerinin deneysel olarak araştırılması ve sonuçların istatistiksel olarak değerlendirilmesi
Experimental investigation of the effects of hemp and polypropylene fibers on the mechanical properties of a low plasticity clay soil and statistical evaluation of the results
MEHMET FATİH YAZICI
Doktora
Türkçe
2023
İnşaat MühendisliğiSüleyman Demirel Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SIDDIKA NİLAY KESKİN
- Aşı kopolimerizasyon ve modifikasyonla kenevir liflerinden hazırlanan biyoadsorbanlarla anyonik ve katyonik kirleticilerin giderilmesi
Removal of anionic and cationic pollutants with bioadsorbents prepared from hemp fibers by graft copolymerization and modification
YASİN AKKÖZ
- Kenevir liflerinin ekolojik ön terbiyesi
Ecological pretreatment of hemp fibers
EMRE KARAKAYA
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Tekstil ve Tekstil MühendisliğiErciyes ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUHAMMED İBRAHİM BAHTİYARİ
- Jüt ve kenevir liflerinin karakterizasyonu ve katyonik boyama prosesi sonrası yapısal özelliklerinin incelenmesi
Characterization of jute and hemp fibers and investigation of their structural properties after cationic dyeing process
MD HUMAYUN KABIR
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Tekstil ve Tekstil MühendisliğiMarmara ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUHAMMET UZUN