Geri Dön

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

PDF İndir

  1. Tez No: 943959
  2. Yazar: MERT YÜCETÜRK
  3. Danışmanlar: PROF. DR. MEHMET ÖZGÜR SEYDİBEYOĞLU
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Polimer Bilim ve Teknolojisi, Polymer Science and Technology
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İzmir Katip Çelebi Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 146

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

  1. Tez No

    842005

    Synthesis and applications of supramolecules and macromolecules containing multiple triazole units

    Çoklu triazol üniteleri içeren supramolekül ve makromoleküllerin sentez ve uygulamaları

    ÖZGE ÖZÜKANAR

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Kimyaİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. İBRAHİM VOLKAN KUMBARACI

  2. Tez No

    859232

    Preparation of vegetable oil-based coatings by UV induced thiol-ene click chemistry and investigation of their properties

    UV kaynaklı tiyol-en klik kimyası ile bitkisel yağ bazlı kaplamaların hazırlanması ve özelliklerinin incelenmesi

    EDA GAŞ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Polimer Bilim ve TeknolojisiMarmara Üniversitesi

    Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. NİLHAN KAYAMAN APOHAN

    DOÇ. DR. BURCU OKTAY

  3. Tez No

    665801

    Sitrik asit ile çapraz bağlı Karboksimetil selüloz ve kappa-Karagenan filmlerinin hazırlanması ve fiziksel özelliklerinin incelenmesi

    Preparation and investigation of physical characteristics of citric acid cross-linked Carboxymethyl cellulose and kappa-Caragenan films

    ELİF DEMİR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    Kimyaİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. FATMA BEDİA BERKER

  4. Tez No

    353787

    Elektroüretimle nanolif eldesine etki eden faktörlerin ve jelatin-pektin içeren nanoliflerin model gıdaların reolojik özelliklerine etkilerinin incelenmesi

    Investigations on affecting parameters of electrospinning and rheological properties of model food systems containing electrospun gelatin-pectin nanofibers

    ALPARSLAN KUMRU

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2013

    Gıda Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. FİLİZ ALTAY

  5. Tez No

    546240

    Farklı metallerle doplanmış grafen elektrotların elektrooksidasyonla su arıtımında etkinliğinin incelenmesi

    Investigation of the effectiveness of graphic electrodes doped by different metals in water treatment with electrooxidation

    MERVE ANAÇ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Çevre MühendisliğiKocaeli Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ERHAN GENGEÇ

Geri Dön