Investigation of the effects of commercial polymer additives on zeolite filled recycled polypropylene composites
Ticari polimerik katkıların zeolit dolgulu geri dönüşüm polipropilen kompozit üzerindeki etkilerinin incelenmesi
- Tez No: 496394
- Danışmanlar: PROF. DR. NURSELİ UYANIK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Polimer Bilim ve Teknolojisi, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 97
Özet
Plastikler hayatımızın birçok alanında sıklıkla kullandığımız malzemelerdir. Zaman içinde yapılan çalışmalar, keşifler ve iyileştirmeler ile kendilerine daha fazla kullanım alanı bulmuşlardır. Üstün özellikleri ve düşük maliyetleri nedeniyle ambalaj, otomotiv, ev eşyası, mobilya, sağlık, savunma sanayi ve daha nice alanda oldukça fazla miktarda kullanılmaktadır. Fakat bu yüksek kullanım sonucunda ortaya çıkan en büyük problem ömrünü tamamlayan ya da prosesler sırasında ortaya çıkan plastik atıklardır. Plastik kendi kediliğinden doğaya tekrar dönüşü çok uzun bir süreç olduğundan plastiklerin kullanımı kadar geri dönüşümü ve geri kazanımı da kaçınılmaz hale gelmiştir. Özellikle termoplastiklerin ısıyla tekrar işlenerek kullanılabilmeleri sadece çevre açısından değil ekonomik açından da önemlidir. Termoplastiklerin geri dönüştürülmesiyle ikincil kaynak olarak üretimde yer bulmaları mümkündür. Plastiklerin geri dönüşümü için birincil, ikincil, üçüncül ve dördüncül olmak üzere 4 tip geri dönüşüm bulunmaktadır. Birincil geri dönüşüm tipinde üretimden çıkan plastik atıklar mekanik geri dönüşüm uygulanarak hammadde haline getirilip tekrar aynı üretimde belirli ve az oranlarda orijinal hammadde katılması ile kullanılmaktadır. İkincil geri dönüşüm tipinde üretim sonucu oluşan veya ömrünü tamamlamış olan plastik atılar yine mekanik geri dönüşüm uygulanarak orijinal hammadde kadar iyi olmayan fakat başka uygulamalarda kullanılabilecek hammaddelere dönüştürülür. Üçüncül geri dönüşüm tipinde plastik atıklar kimyasal geri dönüşüm metotları ile monomerlerine ayrıştırılarak yeniden polimer üretiminde kullanılmak üzere geri dönüştürülebilirler. Dördüncül geri dönüşüm tipinde plastik atıklar petrol kaynaklı olmaları sebebiyle özellikle çimento üretimi gibi süreçlerde yakıt olarak kullanılarak enerjiye dönüştürülerek geri kazanılır. Birincil ve ikincil tip geri dönüşüm yaygın olarak yapılırken üçüncül tip geri dönüşüm maliyetleri nedeniyle, dördüncül tip geri dönüşüm ise çevresel etkileri nedeniyle daha az tercih edilmektedir. Polipropilenin geri dönüştürülerek ikincil kaynak olarak kullanılması ve ekonomiye tekrar kazandırılması ile dışa bağımlılık ve dış ticaret açığı azalmakta, geri dönüşüm sektörünün gelişmesiyle yeni istihdam yaratılmaktadır. Ayrıca plastik atıkların atık sahalarına gönderilmemesi ile atık yönetim maliyetlerinde tasarruf sağlanmakta ve plastik geri dönüşüm sektörünün gelişmesiyle plastik atıkların ithal edilip ikincil kaynağa çevrilmesiyle ucuz yollu hammadde üretimi mümkün olmaktadır. Polipropilen çok geniş kullanım alanı olan ve çok fazla tüketilen bir termoplastiktir.1960'lardan itibaren hızla ticarileşmiş ve kullanım miktarı günümüzde de artan bir plastiktir. Özellikle ambalaj, elektrikli aletler, ev eşyalarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Polipropilenin %49'u ambalaj sektöründe, %31'i elektronik ve ev aletlerinde, %8'i otomotiv sektöründe geri kalanı tekstil, tarım gibi sektörlerde kullanılmaktadır. Yoğurt kapları, şeffaf plastik bardaklar, plastik mutfak kapları, plastik sandalye ve kasalar, şişe kapakları ve bazı şişerler gibi günlük hayatta uzun ve kısa kullanım ömrüne sahip birçok ürün polipropilenden üretilmektedir. Bu yoğun kullanım nedeniyle polipropilenin geri dönüşümü önemli bir hale gelmektedir. Endüstriyel ve son kullanıcı polipropilen atıkları genellikle mekanik geri dönüşüm yöntemiyle birincil ve ikincil tipte geri kazanılmaktadır. Ekonomik açıdan özellikle polipropilen ithalatı yüksek olan ülkeler için polipropilenin geri dönüştürülerek kullanılması ekonomik açından da yüksek öneme sahiptir. Doğal bir zeolit olan“kaynayan taş”anlamına gelen klinoptilolit bol miktarda bulunan ve ucuz bir mineraldir. Diğer doğal zeolitlerde olduğu gibi klinoptilolitde kristal yapıda hidrasyona uğramış bir alüminyum silikattır. Genellikle adsorpsiyon, iyon değiştirme özellikleri ve moleküler elek yapısı gibi özellikleri çeşitli alanlarda kullanılmaktadır. Klinoptilolit, toprak katkısı, gübre katkısı, hayvan yemi katkısı, kağıt dolgusu, koku ve sıvı tutucu, atık ıslahı ve filtre gibi birçok farklı uygulamada da kullanılmaktadır. Farklı özellikleri bir arada barındırıp ucuz ve bol miktarda bulunduğu için yeni uygulama alanlarında kullanım potansiyeli olan bir mineraldir. Plastikler çeşitli dolgu maddeleri kullanılarak hem mekanik dayanımları iyileştirilebilen hem de maliyeti düşürülebilen malzemelerdir ve bu tür uygulamalar endüstride uzun zamandır kullanılmaktadır. Bu çalışmada geri dönüşüm polipropilen (rPP) ile klinoptilolit dolgu malzemesi olarak kullanıldığında rPP'nin özellikleri üzerindeki etkisi gözlemlenmiştir. Ayrıca klinoptilolit dolgulu rPP karışımında elastomerik katkı olarak Etilen Propilen Dien Monomer elastomeri (EPDM), elastomerik propilen olan Vistamaxx, ara yüzey iyileştirici olarak maleik anhidrit modifiyeli polipropilen (MAH-g-PP/Bondyram) eklenerek katkıların klinoptilolit dolgulu rPP kompozitlerin üzerindeki etkileri incelenmiştir. Çalışmada kullanılan geri dönüştürülmüş polipropilen çocuk bezi üretiminden açığa çıkan dokumasız kumaşların tek vidalı geri dönüşüm ekstrüderi kullanarak üretilmiştir. rPP ile ağırlıkça %10, %20 ve %30 oranında klinoptilolit karıştırılarak 3 farklı karışım oluşturulmuştur. Oluşan bu ikili karışımın her birine 100 birim karışıma 5 birim ve 10 birim ilave edilecek şekilde ticari polimer katkılar olan EPDM, Vistamaxx ve MAH-g-PP eklenerek 21 karışım hazırlanmıştır. %100 rPP de karşılaştırma amaçlı olarak çalışılmıştır. Bu 21 örnek çift vidalı ekstrüderde granül haline getirilmiştir. Her bir karışından üretilen granüllerden enjeksiyon makinesi kullanılarak darbe, çekme, yoğunluk gibi testlerde kullanılmak üzere standartlara uygun numuneler hazırlanmıştır. Enjeksiyonla numune hazırlama işleminden sonra yapılan karışımların yoğunluğunun, bağıl neminin, eriyik akış indeksinin (MFI), darbe dayanımının ve çekme dayanımının tayin edilmesi için testler de uygulanmıştır. Yoğunluk testinden çıkan sonuçlara bakıldığında, klinoptilolit ilavesiyle karışımın yoğunluğu artmakta, yoğunluk artışının klinoptilolit ile doğru orantılı olduğu gözlenmektedir. 0,92 g/cm3 olan rPP'nin yoğunluğu %30 klinoptilolit dolgusu ile 1,04 g/cm3 değerine ulaşmaktadır. Numunelerin bağıl nem değerleri incelendiğinde klinoptilolit dolgusu ile bağın nem oranının arttığı gözlemlenmiştir. 230°C ve 2,16 kg ağırlık ile yapılan MFI testi sonuçlarına göre klinoptilolit dolgusu oranı ile MFI değerinin ters orantılı olduğu gözlenmiştir. Maleik anhidrit modifiyeli polipropilen katkılı grupların aynı dolgu oranına sahip katkısız ve diğer katkıları içeren gruplara göre daha yüksek MFI değerine sahip olduğu gözlemlenmiştir. Diğer taraftan EPDM içeren dolgulu gruplar, aynı oranda dolgu içeren katkılı ve katkısız gruplara göre daha düşük MFI değerine sahip olduğu gözlemlenmiştir. Vistamaxx'ın MFI değeri üzerinde kayda değer bir etkisi gözlenmemiştir. Izod darbe testi sonuçlarına göre klinoptilolit dolgusu rPP'nin darbe dayanımını düşürmüştür. Dolgu oranının artmasıyla bu düşüş de artmıştır. Elastomerik katkılar darbe dayanımı üzerinde olumlu sonuçlar vermiş ve dayanımı arttırmıştır. Ara yüzey iyileştirici olarak kullanılan MAH-g-PP, darbe dayanımına olumlu etki etmiş fakat bu olumlu etki, artan klinoptilolit dolgusu ile azalmıştır. Çekme deneyi sonuçlarına göre katkısız klinoptilolit dolgulu rPP'de kopma gerilmeleri ve uzamalarda düşüş görülmüştür. Modüllerde ise %30 dolgulu elastomeric katkısız karışım en yüksek değere sahipken, %10 ve %20 dolgulu katkısız guruplarda modül düşmüştür. Elastomerik katkıların çekme dayanımı üzerinde önemli bir etkileri yok iken, MAH-g-PP kullanımı ile tüm oranlarda çekme dayanımında gözle görülür bir artış gözlenmiş ve benzer şekilde MAH-g-PP katkılı grupların yüksek modül değerlerine sahip olduğu belirlenmiştir. Uzama değerlerine bakıldığında elastomerik katkıların kullanıldığı karışımların daha fazla uzama gösterdiği görülmektedir. Çekme testinin sonuçlarına bakılarak elastomerik katkıların, ara yüzey iyileştirerek, rPP-Zeolite karışımlarının mekanik özelliklerine olumlu etkisi olduğu gözlemlenmiştir.
Özet (Çeviri)
Plastic materials are used in numerous fields in daily life. In time, plastics has found new application fields by new studies, discovers and developments. They are used extensively at packaging, automotive, household, healthcare, defense industries, and more due to their low cost and high performance. However, this huge consumption brings waste problems of life ended and scrap plastics. In these circumstances, plastic recycling is inevitable due to difficult biodegradation of most plastics. Especially, recycling of thermoplastics by remelting has not only environmental benefits but also economic benefits. Thermoplastics can be found place in production as raw material by recycling. There are four types of recycling; primary, secondary, tertiary and quaternary. In primary recycling, scraps which are came from production processes are recycled by mechanical recycling methods. These recycled materials are mixed in specific portions with virgin raw materials at the same production. At secondary recycling, produced scraps and life ended plastic products are recycled with mechanical recycling methods and use as raw material at low profile applications due to their lower properties than those of original raw material. Tertiary recycling type can be explained as plastic wastes are processed into basic chemicals like their monomer, to repolymerized. Quaternary recycling means plastic wastes are used as fossil fuel like uses at cement factories. Even though primary and secondary recycle types are extensively performed, tertiary and quaternary recycle types are uncommon due to their costs and environmental effects. By PP recycling and using recycled materials as secondary sources, the foreign source dependency and foreign trade deficit are decreased, and new employment opportunities are provided with the development of recycling industry. Also, plastic recycling provides saving at cost of waste management by reducing landfill. In addition, a developed recycling industry can import plastic waste for produce low cost plastic raw material via recycling. Polypropylene (PP) is a thermoplastic that widely used and consumed. After 1960s, PP was commercialized rapidly and nowadays it still a has rising trend. PP is widely used at packaging applications, electrical appliances and households. Distribution of world polypropylene usage in 2016 by industries is; 49% packaging industry, 31% electronic and household industries, 8% automotive industry and the rest of it is other industries such as agriculture and textile. It should be known that yogurt containers, cups, kitchen boxes, chairs and tables, crazes, bottle caps, some bottles and more are made of PP. Due to this intense consumption, recycling of PP has become more important. Post-consumer and industrial PP wastes and scraps are recycled by mechanical recycling in primary and secondary recycling types. PP recycling and its economic benefits are much more important for countries that have high volume PP import. Clinoptilolite which means“boiling stones”is a natural zeolite, it is cheap and abound in nature. Clinoptilolite is a hydrated aluminum silicate in crystalline form as other natural zeolites. Clinoptilolite is used by the reason of its properties like adsorption, ion exchange and molecular sieve. Clinoptilolite is used different fields and application such as soil additive, fertilizer additive, animal feed additive, paper filler, odor and liquid absorber, waste treatment and filtration. Clinoptilolite is a mineral that has potential to find new usage areas due to its low cost, abundance and different features. Better mechanical properties for plastic raw materials can be achieved by using fillers and cost of plastic material are reduced. In this study, clinoptilolite was used as filler in recycled polypropylene (rPP) and the effects of the commercial polymeric additives that ethylene propylene diene monomer (EPDM), propylene based elastomer (Vistamaxx), and maleic anhydrite modified polypropylene (MAH-gPP/ Bondyram) on the properties of rPP was investigated. rPP which were used in this study were produced from scraps of nonwoven baby diaper PP fabrics. rPP material and clinoptilolite with 10%, 20% and 30% rate were mixed. Then 3 different polymer additives which are EPDM, Vistamaxx and MAH-gPP with 5 phr and 10 phr added into Zeolite containing rPP samples in order to investigate the properties of the effects of additives to the rPP-Zeolite mixtures. All mixtures are granulated with twin screw extruder and these granules were used in injection machine to produce tensile, impact, hardness and density test samples according to test standards. Melt flow index, density, impact, tensile, hardness tests were performed to determine structural and mechanical properties of mixtures. Density tests were showed that densities of samples were increased, and this rise were proportional to clinoptilolite filler rate. Density of neat rPP which was 0.92 g/cm3 was raised to 1.04 g/cm3 with 30% clinoptilolite filling. According to the MFI test which were conducted with 2.16 kg weight at 230°C, as filler rate of clinoptilolite was increased, MFI values were decreased, in a word, clinoptilolite filler amount and MFI value were inversely proportional. Samples that contain MAH-g-PP (Bondyram), had higher MFI values than the groups that contain same rate of clinoptilolite fill. Besides, EPDM added samples had lower MFI values than that of the samples that contain same rate of filler. A considerable effect of Vistamaxx on MFI value was not observed. According to the Izod impact test results, impact resistance has been reduced with clinoptilolite filling. As filler rate has been increased, impact strength has been decreased. Elastomeric additives have been showed positive effect on impact strength and impact strengths have been increased. Tensile test results showed that, tensile strength, and elongation have been decreased at 10%, 20%, 30% clinoptilolite filled samples. Modulus has been decreased at 10% and 20% clinoptilolite filled samples but 30% clinoptilolite filled sample showed higher modulus than neat rPP. Elastomeric additives did not show considerable enhancement on tensile strength, but maleic anhydride modified polypropylene added samples have been showed better tensile strength results due to better interaction between polymer matrix and clinoptilolite filler. Accordingly, samples that contain MAH-g-PP have been showed higher modulus than the samples that contain same rate of filler. The elongation results showed that elastomeric additives have been enhanced the elongation. Eventually, tensile tests results showed that enhancement of interface interaction between polymer matrix and filler by adding elastomeric additives to rPP-Zeolite mixtures.
Benzer Tezler
- Halloysit ve sepiyolit nanokatkılarının polistirene etkilerinin incelenmesi
The investigation of the effects of halloysite and sepiolite nanoadditives to polystyrene
REFİK ARAT
- Investigation of effect of bitumen chemical composition, polymer and warm mix asphalt additives on the properties of bitumen by using response surface method
Bitüm kimyasal içeriği, polimer ve ılık karışım asfalt katkılarının bitüm özellikleri üzerine etkisinin tepki yüzeyi yöntemiyle incelenmesi
EMEL BAŞKENT
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA HULUSİ ÖZKUL
- Glikolüril, oligomerleri ve türevleri
Glycoluril, oligomers and derivatives
ESRA TUNÇEL
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİLGÜN KIZILCAN
- Effect of various stabilizer mixtures on mechanical and physical properties of CaCO3 filled polypropylene composite in different environmental conditions
Çeşitli stabilizatör karışımlarının farklı çevresel koşullara maruz bırakılmış CaCO3 dolgulu polipropilen kompozitinin mekanik ve fiziksel özelliklerine etkisi
NESLİŞAH UYAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2004
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞEN ÖNEN