Geri dönüştürülmüş karbon siyahı dolgulu kauçuk üretimi ve reolojik, mekanik, fiziksel, ısıl özelliklerinin incelenmesi
Recycled carbon black filled rubber production and analysis of it's rheological, mechanical, physical, thermal properties
- Tez No: 1003099
- Danışmanlar: PROF. DR. DENİZ UZUNSOY, DOÇ. DR. HALİT LEVENT HOŞGÜN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya Mühendisliği, Metalurji Mühendisliği, Polimer Bilim ve Teknolojisi, Chemical Engineering, Metallurgical Engineering, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Bursa Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Biriken kauçuk atıkların neden olduğu çevresel riskler, bu atıkların bertaraf edilmesi yerine geri kazanılması ihtiyacını artırmıştır. Bu bağlamda, atık kauçukların pirolizi umut verici bir teknik olarak kabul edilmektedir. Piroliz ürünleri olan petrol ve gaz daha önce endüstriyel uygulamalarda yer bulmuş olsa da halihazırda katı piroliz kalıntısı olan geri dönüştürülmüş karbon siyahının (RCB) verimli kullanımı için uygulamalar kısıtlıdır. Bu çalışma, etilen propilen dien monomer (EPDM) kauçuk reçetesinde virjin karbon siyahı (VCB) yerine RCB'nin potansiyel kullanımını incelemektedir. Bu araştırmanın amacı, RCB'nin kauçuk endüstrisinde yeşil bir hammadde olarak kullanımına ilişkin teknik anlayışı genişletmektir. Çalışmada VCB ve RCB'yi karakterize etmek için, taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve enerji dağılımlı X-ışını (EDX) analizi, Fourier dönüşümlü kızılötesi spektrometre (FT-IR) analizi, termogravimetrik (TGA) analiz ve fiziksel özelliklerin tespitine yönelik standart test metotları kullanılmıştır. Analizler neticesinde RCB'nin yüksek kül içeriğine, geniş parçacık boyutu dağılımına ve sınırlı yüzey işlevselliğine sahip olduğu tespit edilmiştir. Daha sonra EPDM reçetesinde VCB'nin %25, 50, 75 ve 100 oranlarında RCB ile değiştirilmesiyle hamurlar üretilmiş ve TGA analizleri ile reçetede belirtilen oranlarla üretimin gerçekleştirildiği doğrulanmıştır. Sonrasında RCB ilavesinin EPDM vulkanizatların reolojik, fiziksel, mekanik ve termal özellikleri üzerindeki etkileri incelenmiş ve sadece VCB ile oluşturulanlarla karşılaştırılmıştır. Sadece VCB dolgulu hamura kıyasla, RCB içeren hamurlar genellikle belirgin şekilde daha düşük özellikler sergilemiştir. Hamurlardaki RCB içeriği arttıkça yoğunluk (D), sertlik (H) ve kopma mukavemeti (Sb) azalmış, kopma uzaması (Eb) artmıştır. Termal yaşlandırmadan sonra, 75-25 hamuru Sb, Eb ve H'deki değişim açısından daha iyi performans göstermiştir. Her ne kadar VCB tamamen RCB ile ikame edilemese de sonuçlar %25 RCB içeren vulkanizatın genel performansının diğer vulkanizatlara göre daha iyi olduğunu göstermiştir. Ayrıca, nihai ürünlerin özelliklerinden müsaade edilen sapmalara bağlı olarak VCB ile birlikte daha fazla RCB kullanılabilir, örneğin orijinal özelliklerden %20 sapma için dolgu maddesi olarak %50'ye kadar RCB kullanımı mümkün olabilecektir. Çalışmanın ikinci bölümünde birinci bölümdeki sadece RCB içeren reçeteye yüz birim kauçuk başına (phr) 0,5 / 1 / 2 / 4 birim polihedral oligomerik silseskioksan (POSS) ilavesinin hamurun reolojik, fiziksel, mekanik ve termal özellikleri üzerindeki etkileri araştırılmıştır. RCB-POSS hamurlarında, POSS varlığı FT-IR analizleri ile doğrulanmıştır. Çaprazbağ yoğunluğu (CLD) analizleri neticesinde POSS içeren hamurlarda CLD değerlerinde yaşlandırma öncesi keskin bir düşüş, yaşlandırma sonrası ise tüm hamurların CLD değerlerinde iyileşme gözlenmiş olup, bu iyileşmenin 0,5 phr hamurunda sınırlı düzeyde kaldığı tespit edilmiştir. Vulkanizatlardaki POSS dolgu içeriğinin artmasıyla, Sb değerlerinde 0,5 phr dolguya kadar artış daha sonra azalış, Eb değerlerinde ise azalış tespit edilmiş olup, yaşlandırma sonrası Sb ve Eb değerlerinde en düşük değişimler 0,5 phr hamurunda gözlenmiştir. Yaşlandırma öncesi 4 phr hamurunda, yaşlandırma sonrası ise 2 phr hamurunda belirgin olmak üzere tüm hamurların modülüs değerlerinde iyileşme tespit edilmiştir. H değerlerinde ise yaşlandırma öncesi artış eğilimi tespit edilmiş olup, yaşlandırma sonrası 1 phr ve üzerinde dolgu içeren hamurlarda en düşük değişim saptanmıştır. Hamurlara RCB ve POSS eklenmesinin kauçuğun çalışma sıcaklığını etkilemediği TGA analizleri ile tespit edilmiştir. Sonuç olarak, bu tez çalışmasında RCB ve VCB'nin kauçuk hamurlarında birlikte kullanılabileceği ve POSS ilavesi ile hamurların modülüs, H ve yaşlandırma sonrası Sb, Eb ve H'deki değişim özelliklerinin iyileştirilebileceği ortaya konulmuştur. Bu bulguların, RCB'nin kauçuk sektöründe VCB için uzun vadeli bir alternatif olarak kullanımına ilişkin teknik bilgileri geliştirmesi beklenmektedir.
Özet (Çeviri)
The environmental risks posed by accumulated rubber waste have increased the need to recover this waste rather than dispose of it. In this context, the pyrolysis of waste rubber is considered a promising technique. While pyrolysis products such as oil and gas have previously found industrial applications, applications for the efficient use of recycled carbon black (RCB), which is the solid pyrolysis residue, are currently limited. This study investigates the potential use of RCB instead of virgin carbon black (VCB) in the ethylene propylene diene monomer (EPDM) rubber formulation. The aim of this research is to broaden the technical understanding of the use of RCB as a green raw material in the rubber industry. To characterize VCB and RCB in the study, scanning electron microscopy (SEM) and energy-dispersive X-ray (EDX) analyses, Fourier transform infrared (FT-IR) analysis, thermogravimetric (TGA) analysis, and standard test methods for determining physical properties were used. The analyses revealed that RCB has a high ash content, a wide particle size distribution, and limited surface functionality. Subsequently, compounds were produced by replacing 25%, 50%, 75%, and 100% of VCB with RCB in the EPDM formulation, and TGA analyses confirmed that production was carried out at the ratios specified in the formulation. Afterwards, the effects of the RCB addition on the rheological, physical, mechanical, and thermal properties of EPDM vulcanizates were examined and compared only with those formed with VCB. Compared to compound filled only with VCB, compounds containing RCB generally exhibited significantly lower properties. As the RCB content in the compounds increased, density (D), hardness (H), and tensile strength (Sb) decreased, while elongation at break (Eb) increased. After thermal aging, the 75-25 compound showed better performance in terms of changes in Sb, Eb, and H. Although VCB cannot be completely replaced with RCB, the results showed that the vulcanizate containing 25% RCB had better overall performance than the other vulcanizates. Furthermore, depending on the allowable deviations in the properties of the final products, more RCB can be used together with VCB; for example, up to 50% RCB can be used as a filler for a 20% deviation from the original properties. In the second part of the study, the effects of adding 0.5/1/2/4 parts per hundred parts rubber (phr) of polyhedral oligomeric silsesquioxane (POSS) to the only RCB containing compound in the first part on the rheological, physical, mechanical, and thermal properties of the compound were investigated. The presence of POSS in RCB-POSS compounds was confirmed by FT-IR analysis. Crosslink density (CLD) analyses revealed a sharp decrease in CLD values in POSS-containing compounds before aging, followed by an improvement in CLD values in all compounds after aging, with this improvement being limited in the 0,5 phr compound. With the increase in POSS filler content in vulcanizates, an increase in Sb values up to 0,5 phr filler followed by a decrease was observed, while a decrease in Eb values was detected. After aging, the lowest changes in Sb and Eb values were observed in the 0,5 phr compound. Before aging improvement in modulus values of only 4 phr compound and after aging improvement in modulus values of all compounds were observed, with a significant improvement in the 2 phr compound. An upward trend in H values was observed before aging, with the lowest change detected in compounds containing 1 phr or more of POSS after aging. TGA analyses revealed that the addition of RCB and POSS to the compounds did not affect the operating temperature of the rubber. In conclusion, this thesis study demonstrated that RCB and VCB can be used together in rubber compounds and that the addition of POSS can improve the modulus, H, and change in Sb, Eb, and H properties of the compounds after aging. These findings are expected to advance the technical knowledge regarding the use of RCB as a long-term alternative to VCB in the rubber industry.
Benzer Tezler
- Çelik lifli betonlarda geri dönüştürülmüş nano karbon siyahı ve kandıra taşı tozunun değerlendirilmesi
Evaluation of recycled nano carbon black and kandira stone powder in steel fiber concrete
İRFAN ŞEHRULLAH ÖZTÜRK
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
İnşaat MühendisliğiSakarya Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KEMALETTİN YILMAZ
- Electromagnetic shielding and acoustic properties of recycled carbon black enhanced polyurethane
Geri dönüştürülmüş karbon siyahı takviyeli poliüretanın elektromanyetik kalkanlama ve akustik özellikleri
ETHEM GÖKHAN ÖZÇELİK
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BÜNYAMİN KARAGÖZ
- Orijinal ve geri dönüştürülmüş karbon formu partiküllerin epoksi kaplamanın tribolojik ve mekanik özellikleri üzerine etkilerinin incelenmesi
Investigation of the effects of original and recycled carbon form particles on the tribological and mechanical properties of epoxy coating
MUHAMMED MUSTAFA ZAFER
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Makine MühendisliğiAksaray ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FAZLİYE KARABÖRK
- Innovative membrane with recovered carbon black (rCB)
Geri kazanılmış siyah karbon ile inovatif membran
TUĞÇE AKCA GÜLER
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL KOYUNCU
- Düşük sıcaklıkta yüksek darbe dayanımına sahip cam ve karbon elyaf takviyeli iletken poliamid 6 ve poliamid 66 karışımlarının hazırlanması
Düşük sıcaklıkta yüksek darbe dayanımına sahip cam ve karbon elyaf takviyeli iletken poliamid 6 ve poliamid 66 karışımlarının hazırlanması
KÜBRA KARABACAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Polimer Bilim ve TeknolojisiYalova ÜniversitesiPolimer Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HAMİT ERDEMİ