Influence of lignocellulosic fillers and interfaces on thermal and mechanical properties of biocomposites
Lignoselülozik dolgu malzemelerinin ve arayüzeylerin biyokompozitlerin termal ve mekanik özelliklerine etkisi
- Tez No: 809375
- Danışmanlar: PROF. DR. KUTLAY SEVER
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İzmir Katip Çelebi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 112
Özet
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 X-ışını 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.
Özet (Çeviri)
This thesis consists of five main parts. In the first part, the properties of novel lignocellulosic fillers were investigated. The cellulose, hemicellulose, and lignin ratios of fillers were determined by chemical composition analysis, the chemical bonds in the molecular structure were defined by Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy, the crystallographic properties of fillers were determined by X-ray diffraction (XRD) analysis, thermal stabilities were stated by thermogravimetric analysis (TGA), and morphological properties were analyzed by scanning electron microscopy (SEM). Hence, the results obtained for the alternate lignocellulosic fillers were brought to the literature. In the second part, biocomposite production was performed by adding untreated fillers to polypropylene (PP) with particle sizes under 100 microns and 100-250 microns at the rates of 5%, 10%, 15%, and 20% by weight. The effects of the particle size of fillers and filler types on the mechanical and viscoelastic properties of biocomposites were investigated by performing tensile tests, three-point bending tests, and dynamic mechanical analyses (DMA). When the mechanical properties of biocomposites were compared with the neat PP; it was determined that the biocomposite, which contains 10% of wood filler with under 100 microns particle size, provided the optimum values among all other fillers with a tensile strength of 21.2 MPa, a tensile modulus of 1150 MPa, a flexural strength of 34 MPa, and a flexural modulus of 1334 MPa. In the third step, wood filler under 100 microns was treated with sodium hydroxide (NaOH) at 3%, 5%, and 10% ratios in order to determine the ideal ratio for surface modification. According to the results of the FTIR analysis, 5% NaOH was determined as the most effective modification parameter. In the fourth part of the study, maleic anhydride-grafted polypropylene (MAPP) was added to the PP at 1%, 3%, and 5% by weight. Tensile and three-point bending tests were applied to the samples to determine the ideal additive ratio. As a result of these tests, with 29 MPa tensile strength, 1075 MPa tensile modulus, 47 MPa flexural strength, and 1864 MPa flexural modulus values, the best results were obtained in the 3 wt. % MAPP added sample. In the fifth and last step, the final biocomposite with improved thermal and mechanical properties was produced by using the most ideal ratios obtained until this stage of the thesis study. The content of this biocomposite consists of 5% alkali-treated wood (
Benzer Tezler
- Activated carbon production from pretreated and fermented agricultural residues
Tarımsal atıkların ön arıtımı ve fermentasyonu sonucu oluşan proses kalıntısından aktif karbon üretimi
HACER YILDIRIM
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Çevre MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiÇevre Teknolojileri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NİLGÜN CILIZ
- Ananas liflerinin ön terbiyesinin araştırılması
Pre-treatment of pipneapple fibers
ECE KALAYCI
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Tekstil ve Tekstil MühendisliğiPamukkale ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. OSMAN OZAN AVİNÇ
- Türkiye kökenli bazı lignoselülozik materyallerin lignin ve ekstraktif madde içeriklerinin üst ısıtma değeri üzerine etkisi
Effect of lignin and extractive contents of some Turkey originated lignocellulosic materials on their higher heating values
METİN BİÇİL
- Beyaz-çürükçül fungusların selülaz ve ksilanaz enzim üretim potansiyellerinin araştırılması
The investigation of cellulase and xylanase production ability of white-rot fungi
DEMET DOĞAN
- Fındık kabuklarından tek kademeli özütlemeli sistemde furfural üretimi için uygun koşulların belirlenmesi
Determination of the optimum conditions for the production of furfural from hazelnut shells with using one step and extraction method
BURÇİN ASLAN ÇÖTELİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2007
Kimya MühendisliğiGazi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. S. FERDA MUTLU