Investigation of process conditions in the preparation of biobased polyethylene masterbatch and development of innovative masterbatches
Biyoesaslı polietilen konsantre boya hazırlanmasında proses şartlarının incelenmesi ve yenilikçi biyoesaslı konsantre boyaların geliştirilmesi
- Tez No: 943959
- Danışmanlar: PROF. DR. MEHMET ÖZGÜR SEYDİBEYOĞLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Polimer Bilim ve Teknolojisi, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İzmir Katip Çelebi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu doktora tezi, petrol bazlı polietilene sürdürülebilir bir alternatif olarak biyoesaslı polietilenin özelliklerini ve işlenme davranışını kapsamlı bir şekilde incelemektedir. Yaşam döngüsü analizlerine göre, şeker kamışından elde edilen biyoesaslı polietilenin bir tonunun üretimi atmosferden yaklaşık 2,12 ton CO2 eşdeğeri uzaklaştırmakta; buna karşılık, geleneksel petrol bazlı polietilenin üretimi ise yaklaşık 3,10 ton CO2 eşdeğeri salımına neden olmaktadır. Bu fark, polimerin her bir tonu için net 5,2 ton CO2 eşdeğeri düzeyinde avantaj sunmakta ve biyoesaslı seçeneğin iklim değişikliğiyle mücadeledeki potansiyel katkısını ortaya koymaktadır. Araştırma üç ana başlıkta yapılandırılmıştır: konsantre boyalarda pigment dispersiyonu, biyoesaslı polietilen kullanılarak doğal pigmentli ambalaj filmi üretimi ve her iki malzemenin geri dönüşüm performansının değerlendirilmesi. İlk aşamada, Taguchi L9 deney tasarımı kullanılarak %25 bakır ftalosiyanin mavisi içeren konsantre boya üretiminde işleme parametrelerinin pigment dispersiyonu üzerindeki etkisi incelenmiştir. Wax (mum) tipi en kritik değişken olarak belirlenmiştir. Mikronize wax, dispersiyonu önemli ölçüde iyileştirerek yaklaşık 1,45 bar/g filtre basıncı sağlamış, homopolimer wax ise 6 bar/g üzerinde değerlerle daha zayıf performans sergilemiştir. Ayrıca, mikronize wax ile biyo-esaslı polietilende %114,7'ye kadar, homopolimer wax ile ise yaklaşık %93,1 renk şiddeti elde edilmiştir. Katkı maddeleri Young modülünü belirgin şekilde artırmış (mikronize wax ile 0,57 GPa; katkısız sistemde 0,22 GPa), kopma uzamasında %95–98 oranında azalma gözlenmiştir. İkinci aşamada, %10 doğal pigment içeren çevre dostu gıda ambalaj filmleri, şişirme film ekstrüzyonu yöntemiyle üretilmiştir. Bu pigmentler, filmlerin optik, mekanik ve yüzey özelliklerini etkilemiştir. Muhabbet çiçeği pigmenti %99,8 pusluluk ve 26.0 sarılık değeri sağlamıştır. Nar bazlı filmler ise 246 MPa elastik modül ile daha yüksek rijitlik sergilemiş, ancak çekme dayanımı ve esneklik azalmıştır. Bloklaşma kuvveti yaklaşık 440 gf/100 cm²'ye kadar düşmüştür. Ayrıca, pigmentlerin kristalleşme sıcaklığını artırdığı, dolayısıyla çekirdeklenme ajanı gibi davrandığı gözlenmiştir. Üçüncü aşamada, biyoesaslı ve petrol bazlı polietilenin geri dönüşüm performansı, endüstriyel yeniden kullanım koşullarını simüle eden çoklu ekstrüzyon çevrimleriyle değerlendirilmiştir. Yenilenebilir kaynaklı biyoesaslı polietilen, petrol bazlı muadiliyle karşılaştırıldığında daha yüksek oranda moleküler ağırlık kaybı (%18,6) ve daha belirgin bir ergime akış indeksi azalışı (%16,3) göstermiştir (petrol bazlı için sırasıyla %8,5 ve %6,4). Bu bulgular, zincir kırılmalarının ve viskozite kayıplarının biyoesaslı polietilende daha belirgin olduğunu ve malzemenin termal ve oksidatif gerilimlere karşı daha duyarlı olduğunu ortaya koymuştur. Sonuç olarak, bu tez; pigment dispersiyonunda mikronize wax'ın olumlu etkisini, doğal pigmentlerin sürdürülebilir ambalaj üretimindeki rolünü ve biyoesaslı polietilenin geri dönüşüm sürecindeki zayıf yönlerini ortaya koymaktadır. Gelecek araştırmalar, stabilizasyon ve uyumlaştırma stratejileri üzerine yoğunlaşarak bu malzemenin endüstriyel performansını artırmaya yönelik çözümler geliştirmelidir.
Özet (Çeviri)
This doctoral thesis presents a comprehensive investigation into the properties and processing characteristics of biobased polyethylene in comparison with petroleum-based polyethylene. Life cycle assessment data demonstrate the environmental advantage of biobased polyethylene, which removes approximately 2.12 metric tons of CO2-equivalent per metric ton of polymer, while conventional petroleum-based polyethylene emits around 3.10 metric tons, yielding a net benefit of 5.2 metric tons of CO2-equivalent. The research covers three main areas: pigment dispersion in masterbatches, development of biobased films with natural pigments, and evaluation of recycling performance. In the first phase, pigment dispersion in polyethylene masterbatches was investigated using a Taguchi L9 design. Key processing parameters, including wax type, were optimized to enhance dispersion of copper phthalocyanine blue. The application of micronized wax led to the lowest observed filter pressure (approximately 1.45 bar/g) and the highest color strength (114.7%), whereas homopolymer wax exhibited comparatively lower performance. Although additives increased stiffness (up to 0.57 GPa), they significantly reduced elongation at break, indicating a trade-off between rigidity and ductility. In the second phase, environmentally friendly packaging films were produced by incorporating 10% plant-derived pigments into biobased polyethylene through blown film extrusion. Pigments such as yellow mignonette and pomegranate significantly altered the mechanical, optical, and surface properties of the films. Yellow mignonette produced the highest haze (99.8%) and yellowness (b* = 26.0), while pomegranate improved stiffness (elastic modulus up to 246 MPa) but reduced tensile strength and elongation. Pigments also acted as nucleating agents, increasing the crystallization temperature and enhancing barrier and slip properties. In the third phase, the recycling performance of biobased and petroleum-based polyethylene was evaluated through multiple extrusion cycles simulating industrial reuse conditions. Biobased polyethylene, derived from renewable resources, exhibited a higher reduction in molecular weight (18.6%) and a more pronounced decrease in melt flow index (16.3%) compared to petroleum-based polyethylene (8.5% and 6.4%, respectively). These results indicated that chain scission and viscosity loss were more prominent in biobased polyethylene, suggesting greater sensitivity to thermal and oxidative stress. In conclusion, this study offers a comprehensive evaluation of process optimization, material performance, and recyclability of biobased polyethylene. The results highlight the significance of wax selection in masterbatch formulations, the role of natural pigments in modulating film functionality, and the necessity of implementing stabilization strategies to mitigate degradation during recycling. These findings contribute to the development of sustainable polymer systems and indicate the potential for broader implementation of biobased polyethylene in commercial applications.
Benzer Tezler
- İzmir'de bazı yolların kapatılarak yaya bölgeleri oluşturma da kent peyzajını geliştirme açısından yeniden planlanması üzerinde araştırmalar
Başlık çevirisi yok
BAHAR TÜRKYILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
1985
Şehircilik ve Bölge PlanlamaEge ÜniversitesiŞehir ve Bölge Planlama Ana Bilim Dalı
- Kuyruk modelleri ve analizi üzerine bir uygulama
Başlık çevirisi yok
DİDEM ÖZPULAT
Yüksek Lisans
Türkçe
1985
İstatistikEge ÜniversitesiBilgisayar Bilimleri ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FİKRET İKİZ
- Samsun ve çevresinde tarla sarmaşığı (conuolvulus arvensis L.)'na karşı biyolojik savaşa esas olacak fauna tespiti
Investigations on the insect fauna of the field binweed (Conuolvulus arvensis L.) related to its biological control in Samsun Province
YASEMİN UFUK GERMAN
- Gebelik ve doğum olgularında prolaktin düzeylerinin değerlendirilmesi
The Evaluation of prolactin values during pregnancy labour and in deliveries
TÜLİN AKAN
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
1987
Kadın Hastalıkları ve DoğumGazi ÜniversitesiKadın Hastalıkları ve Doğum Ana Bilim Dalı
DOÇ.DR. MÜLAZIM YILDIRIM
- Bromtimol mavisi, bromkresol moru ve klorfenol kırmızısı indikatörleri katılmış özel besiyerlerinin sütlerde antibiyotik belirtilmesine uygunluğu üzerine araştırmalar
Başlık çevirisi yok
ESENGÜL TUNCER
Yüksek Lisans
Türkçe
1985
Gıda MühendisliğiEge ÜniversitesiSüt Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASAN YAYGIN