Geri Dön

Reduction of volatile organic compounds in wood plastic composites using functionalized halloysite nanotubes

Fonksiyonlandırılmış halloysit nanotüp kullanılarak odun plastik kompozitlerdeki uçucu organik bileşiklerin azaltılması

PDF İndir

  1. Tez No: 967859
  2. Yazar: GİZEM KURTULMUŞ
  3. Danışmanlar: PROF. DR. YUSUF ZİYA MENCELOĞLU
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Bilim ve Teknoloji, Kimya Mühendisliği, Çevre Mühendisliği, Science and Technology, Chemical Engineering, Environmental Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Sabancı Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 122

Özet

Bu tez, çevresel sorumluluk ve gelişmiş malzeme performansı gibi iki kriteri karşılayan yeni nesil odun-plastik kompozitlerin (OPK) formülasyonunu araştırmaktadır. Bu çalışmanın başlangıç noktası, özellikle uçucu organik bileşik (VOC) emisyonlarının otomotiv iç mekanları gibi uygulamalarda kullanımını engelleyen hoş olmayan kokulara neden olduğu iç mekan ortamlarında, çevre dostu malzeme çözümlerine yönelik artan yasal taleplere yanıt vermektir. Bu tez, OPK'lerdeki VOC'leri yakalama ve koku azaltma ve yapısal değişikliklerdeki kabiliyetleri açısından halloysit nanotüpler (HNT), bunların fonksiyonelleştirilmiş türevleri (Mod-HNT) ve β-siklodekstrin (β-CD) üzerine odaklanmaktadır. HNT'ler, yüksek en-boy oranına sahip ve iç ve dış yüzeylerini modifiye edilebilen doğal alüminosilikat nanotüplerdir. Polar olmayan polimer matrisler ve polar VOC'lerle etkileşimlerini iyileştirmek için HNT'ler, aminosilan bağlama yoluyla yüzeyleri fonksiyonelleştirilmiş ve Mod-HNT olarak adlandırılmıştır. Buna paralel olarak, halkasal moleküler yapıya sahip halkasal bir oligosakkarit olan β-CD, özellikle aldehitler ve aromatik bileşikler olmak üzere kokuya neden olan uçucu organik bileşiklerin, konuk-misafir kompleksleşmesi yoluyla hidrofobik boşluğuna seçici olarak dahil edilmesini sağlamaktadır. WPC'lerin ölçeklenebilir üretim süreçlerini simüle etmek için enjeksiyon kalıplamanın ardından yüksek kesme kuvvetli termo-kinetik karıştırma ile üretildi. Formülasyonlar, ağırlıkça %30 odun lifi (OL) ve ağırlıkça %2 ve ağırlıkça %5 katkı konsantrasyonlarından oluşmaktadır. Malzemelerin performansını ölçmek için çok sayıda analitik yöntem kullanıldı. Uçucu organik bileşik emisyonları, baş headspace gaz kromatografisi-kütle spektrometrisi (HS-GC-MS) ile nicelendirildi ve koku seviyeleri duyusal (kavanoz) testi ile değerlendirildi. Termal davranış, termogravimetrik analiz (TGA) ve diferansiyel taramalı kalorimetri (DSC) ile analiz edilirken, arayüz kimyası Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FTIR) ile incelenmiştir. Morfolojik özellikler taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılarak analiz edilmiş, mekanik özellikler ise çekme testi ile ölçülmüştür. Deneysel sonuçlar, modifiye edilmemiş HNT'lerin sertliği artırdığını ve VOC seviyelerini hafifçe azalttığını göstermiştir. Mod-HNT'ler, PP bazlı WPC'lerde VOC emisyonlarında %96'ya varan bir azalma ve lif-matris etkileşimini önemli ölçüde iyileştirme göstermiştir. β-CD, aromatik ve aldehit bileşikler için seçici bağlanma çekiciliği göstermiş ve bu da kopma anındaki gerinimdeki artışla gösterildiği gibi sünekliğin artmasına neden olmuştur. Ağırlıkça %5 Mod-HNT ve ağırlıkça %2 β-CD, hem çevresel hem de yapısal sonuçları iyileştiren sinerjik etkiler oluşturdu. Mekanik analiz, çekme dayanımında %12'ye varan artışlar olduğunu gösterdi; bu, arayüz boşluklarında azalma ve kristalinite sağlayan artan nükleasyon olduğunu gösteren SEM görüntülemesiyle doğrulandı. FTIR analizi, fonksiyonel katkı maddeleri ve polimer matrisleri arasında kimyasal etkileşimlerin varlığını kanıtlamıştır. Matris polaritesinin dolgu maddesi dispersiyonu ve performansı üzerindeki etkisi, farklı WPC formülasyonlarında keşfedilmiştir. PA11 ve rPO bazlı WPC'ler, benzersiz mekanik profillerine katkıda bulunan farklı fibrilasyon ve dispersiyon morfolojileri sergilemiştir. Bu tez, döngüsel ekonomi planları prensiplerine uygun, yüksek performanslı ve düşük emisyonlu kompozit malzemeler üretmek için bir çerçeve sunmaktadır. Bu çalışma, petrol bazlı, yenilenebilir ve biyo bazlı polimer matrislerle fonksiyonelleştirilmiş nano dolgu maddeleri kullanarak, dolgu maddeleri ve matrisler arasındaki etkileşimlere yeni bakış açıları sunmaktadır. Otomotiv iç mekanı, elektronik ve yapı malzemeleri gibi yüksek performans uygulamalarına uygun WPC'lerin üretimi için verimli bir strateji önermektedir.

Özet (Çeviri)

This thesis investigates the formulation of next-generation wood–plastic composites (WPCs) that meet the dual criteria of environmental responsibility and advanced material performance. The starting point of this study is to respond to increasing regulatory demands for eco-conscious material solutions, particularly in indoor environments where volatile organic compound (VOC) emissions generate unpleasant odors that hinder their use in applications such as automotive interiors. This thesis focusses on halloysite nanotubes (HNTs), their functionalized derivatives (Mod-HNTs), and β-cyclodextrin (β-CD) with regard to the capture of VOCs in WPCs, as well as their capabilities in odor reduction and structural changes. HNTs are naturally obtaining aluminosilicate nanotubes which have a high aspect ratio and being able to modify their internal and external surfaces. To improve their interaction with non-polar polymer matrices and polar VOCs, HNTs were surface-functionalized through aminosilane grafting and termed as Mod-HNT. In parallel, β-CD which has a cyclic oligosaccharide with a toroidal molecular architecture enables the selective inclusion of odor-causing VOCs, particularly aldehydes and aromatic compounds, within its hydrophobic cavity through host–guest complexation. WPCs are produced with high-shear thermo-kinetic mixing, also followed by injection moulding in order to simulate scalable manufacturing processes. The formulations consisted of PP, rPO, PA11 polymers, 30 wt.% wood fiber (WF) and additive concentrations of 2 wt.% and 5 wt.%. A multitude of analytical methods were used to measure the performance of the materials. VOC emissions were quantified via headspace gas chromatography–mass spectrometry (HS-GC-MS), and odor levels were evaluated through sensory Jar testing. Thermal behavior was analyzed through thermogravimetric analysis (TGA) and differential scanning calorimetry (DSC), while interfacial chemistry was investigated by Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR).The morphological properties were analysed by using scanning electron microscopy (SEM), meanwhile mechanical properties were measured with tensile testing. The experimental results revealed that unmodified HNTs increased stiffness and slightly decreased VOC levels. Mod-HNTs have shown a reduction of up to 96% in VOC emissions in PP-based WPCs and considerably improving fiber–matrix interaction. β-CD revealed selective binding attraction for aromatic and aldehydic compounds, which causes increased ductility, as illustrated by an increase in strain-at-break. The 5 wt.% Mod-HNT and 2 wt.% β-CD generated synergistic effects, improving both environmental and structural results Mechanical analysis suggested increases of up to 12% in tensile strength confirm by SEM imaging that revealed a decrease in interfacial voids and increased nucleation that yields crystallinity. FTIR analysis proved the presence of chemical interactions between the functional additives and the polymer matrices. The effect of matrix polarity on filler dispersion and performance has been discovered in different WPCs formulations. PA11- and rPO-based WPCs displayed distinct fibrillation and dispersion morphologies, which contributed to their unique mechanical profiles. This thesis presents a framework to produce high-performance, low-emission composite materials that comply with the principles of circular economy plans. This study uses functionalized nanofillers with petroleum-based, renewable, and bio-based polymer matrices, providing new insights into the interactions between fillers and matrices. It proposes an efficient strategy for the production of WPCs that suitable for high-performance applications, such as automotive interior, electronic, and building materials.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    168929

    Radikalik UV polimerizasyon ile siloksan modifiye edilmiş bisfenol A ve/veya 6F bisfenol A hibrit kaplamaların hazırlanması, karakterizasyonu ve uygulamaları

    Preparing, characterization and application of siloxan modified bisphenol and A 6F bisphenol A hybrid coating with radicalic UV polimerization

    MURAT KUĞU

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2004

    KimyaMarmara Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ATİLLA GÜNGÖR

    DOÇ. DR. NİLHAN KAYAMAN APOHAN

  2. Tez No

    694393

    Biogas recovery during anaerobic treatment of lignocellulose-rich pollutants with high sulphate content: an investigation via innovative applications

    Yüksek sülfat içerikli lignoselüloz bakımından zengin kirleticilerin havasız arıtımı sırasında biyogaz geri kazanımı: yenilikçi uygulamalarla bir araştırma

    EDA YARSUR

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ÇİĞDEM GÖMEÇ

  3. Tez No

    352437

    Tavuk atıklarının farklı aşı çamuru içeren yukarı akışlı havasız çamur yataklı reaktörlerde arıtılabilirliğinin karşılaştırılmalı olarak değerlendirilmesi

    Comparative evaluation of anaerobic treatment of chicken manure at up-flow anaerobic sludge bed reactors inoculated with different sludge types

    ÇİSİL GÜLÜMSER

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2012

    Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ÇİĞDEM YANGIN GÖMEÇ

  4. Tez No

    758168

    Modifiye siloksan, nano-selüloz ve inorganik esaslı katkı maddelerinin sentezi ve UV ile kürlenebilen kaplamaların yüzey özelliklerine etkilerinin incelenmesi

    Synthesis of modified siloxane, nano-cellulose and inorganic based additives and investigation of their effects on surface properties of UV curable coating

    YAKUP ATICI

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    Kimya Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ŞAH İSMAİL KIRBAŞLAR

    PROF. DR. SERKAN EMİK

  5. Tez No

    828370

    Optimization of anaerobic membrane bioreactors for sludge treatment

    Anaerobik membran biyoreaktörler ile çamur arıtımı optimizasyonu

    AMR MUSTAFA ABDELRAHMAN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MUSTAFA EVREN ERŞAHİN

    PROF. DR. EVELİNE VOLCKE

Geri Dön