Kimyasal olarak işlenmiş atık lignoselülozik lif takviyeli biyokompozit üretimi
Production of chemically treated waste lignocellulosic fiber reinforced biocomposite
- Tez No: 981949
- Danışmanlar: PROF. DR. NİLGÜL ÇETİN, DOÇ. DR. NASIR NARLIOĞLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Ormancılık ve Orman Mühendisliği, Ağaç İşleri, Endüstri ve Endüstri Mühendisliği, Forestry and Forest Engineering, Wood Products, Industrial and Industrial Engineering
- Anahtar Kelimeler: Ağaç ürünleri sektörü, Bitkisel atıklar, Biyokompozit, Biyopolimerler, Lignoselülozik yapı, Odun dışı orman ürünleri, Plastik enjeksiyon makineleri, Polilaktik asit, Sürdürülebilir ormancılık, Üç boyutlu yazıcı, Wood products sector, Plant wastes, Biocomposite, Biopolymers, Lignocellulosic structure, Non-wood forest products, Plastic injection machinery, Polylactic acid, Sustainable forestry, Three dimensional printer
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İzmir Katip Çelebi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyokompozit Mühendisliği Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Biyobozunur polimer kompozitler petrol bazlı plastiklere çevre dostu alternatifler sunarak sıfır atık ve döngüsel ekonomi ilkeleri doğrultusunda önemli bir potansiyel taşımaktadır. Bu tez çalışmasında endüstriyel atık konumundaki geri dönüştürülmüş Pinus brutia Ten. (kızılçam) ve Populus alba L. (akkavak) türlerine ait atık ahşap paletler ile tarımsal atık niteliğindeki Phragmites australis (Cav.) (yaygın kamış) saplarından elde edilen alkali ile muamele edilmiş lignoselülozik unların poli(laktik asit) (PLA) matrisi içerisinde takviye edici dolgu malzemesi olarak kullanılabilirliği araştırılmıştır. Lignoselülozik un, geri dönüşümle elde edilip çevre dostu yeşil kimya yaklaşımıyla %2,5, %5 ve %10 NaOH çözeltilerinde alkali işleme tabi tutulduktan sonra, üç boyutlu yazdırma (3B) ve enjeksiyon kalıplama (EK) üretiminde kullanılmak üzere %10, %20 ve %30 oranlarında PLA'ya eklenmiştir. Bu işlemle PLA matrisi ile lignoselülozik yapı arasında daha güçlü bir ara yüzey etkileşimi sağlanması amaçlanmıştır. Bu çalışmada, alkali çözeltisinin derişimi ile 3B ve EK yöntemleri kullanılarak geliştirilen biyokompozitlerin fiziksel, mekanik, morfolojik ve termal özellikleri kapsamlı bir şekilde değerlendirilmiştir. Deneysel sonuçlar, EK yöntemiyle üretilen numunelerin 3B yöntemiyle hazırlananlara kıyasla daha üstün mekanik performans sergilediğini göstermiştir. Özellikle %30 oranında alkali işlem görmüş kızılçam lignoselülozik unu içeren EK PLA biyokompoziti, işlem görmemiş numunelere kıyasla çekme direncinde %71,35, eğilme direncinde %64,74 ve Shore D sertliğinde %2,62 oranında artış sağlamıştır. Bununla birlikte, alkali işlem görmüş yaygın kamış unu (%10 NaOH) kullanımı temel mekanik özelliklerde de kayda değer iyileşmeler sunmuştur. İşlem görmemiş numunelere kıyasla %30 oranında alkali işlem görmüş yaygın kamış lignoselülozik unu içeren 3B PLA biyokompoziti çekme direncinde %37,13 artış ve sertlikte %2,46 iyileşme gösterirken, %30 oranında alkali işlem görmüş yaygın kamış lignoselülozik unu içeren EK PLA biyokompoziti eğilme direncinde %30,07 oranında iyileşme kaydetmiştir. Ayrıca, alkali işlemin fiziksel özellikler üzerinde de belirgin etkiler gösterdiği gözlemlenmiştir. Özellikle %10 oranında kızılçam lignoselülozik unu ve %10 alkali işlem içeren 3B yöntemiyle üretilmiş numunede, işlem görmemiş numuneye kıyasla su almasında %49,37 azalma gözlemlenmiştir. Diğer yandan, %10 ağırlıkça NaOH ile işlem görmüş yaygın kamış lignoselülozik unu içeren 3B biyokompozit, su almasında %47,31 azalma göstererek üstün hidrofobiklik sergilemiştir. Bu bulgular, biyokompozitin hidrofobik özelliklerinde önemli bir iyileşme olduğunu ortaya koymaktadır. Morfolojik analizler, alkali işlemin biyokompozitlerdeki boşluk oranını azalttığını ve iç yapıda daha homojen bir dağılım sağladığını göstermiştir. Termal analiz sonuçları ise, her iki üretim yöntemi arasında termal kararlılığın benzer seviyelerde korunduğunu ortaya koymuştur. Sonuç olarak bu çalışma toksik madde içermeyen malzemeler ve çevre dostu işlemlerle elde edilen biyobozunur yüksek performanslı ve sürdürülebilir bir biyokompozit malzeme sunmakta olup bu yönüyle sıfır atık ve döngüsel ekonomi hedeflerine önemli katkılar sağlamaktadır.
Özet (Çeviri)
Biodegradable polymer composites offer environmentally friendly alternatives to petroleum-based plastics and hold significant potential in line with zero-waste and circular economy principles. This thesis explores the use of lignocellulosic powders obtained from industrial waste in the form of recycled Turkish red pine (Pinus brutia Ten.) and white poplar (Populus alba L.) pallets, as well as from agricultural waste such as common reed (Phragmites australis (Cav.)) stalks. These powders were treated with alkali solutions and evaluated as reinforcing fillers within a poly(lactic acid) (PLA) matrix. The lignocellulosic powders were recovered through mechanical recycling and subjected to alkali treatment using NaOH solutions at concentrations of 2.5%, 5%, and 10%, following a green chemistry approach. After treatment, they were incorporated into PLA at 10%, 20%, and 30% by weight for use in both three-dimensional (3D) printing and injection molding (IM) production methods. The primary objective of this process was to improve interfacial bonding between the PLA matrix and the lignocellulosic fillers. The physical, mechanical, morphological, and thermal properties of the resulting biocomposites were extensively evaluated based on alkali concentration and manufacturing method. Experimental results indicated that injection-molded samples exhibited better mechanical performance compared to 3D-printed ones. In particular, PLA biocomposites containing 30% alkali-treated Turkish red pine lignocellulosic powder produced by injection molding showed increases of 71.35% in tensile strength, 64.74% in flexural strength, and 2.62% in Shore D hardness compared to untreated samples. Furthermore, the use of 10% NaOH-treated common reed powder also led to notable improvements in mechanical properties. PLA biocomposites with 30% alkali-treated common reed filler produced via 3D printing demonstrated a 37.13% increase in tensile strength and a 2.46% improvement in hardness. Similarly, those fabricated through injection molding exhibited a 30.07% increase in flexural strength. Alkali treatment was also found to have a significant effect on the physical behavior of the composites. For instance, a 3D-printed sample containing 10% Turkish red pine powder treated with 10% NaOH showed a 49.37% reduction in water absorption compared to the untreated reference. Likewise, the use of 10% NaOH-treated common reed powder in a 3D-printed composite resulted in a 47.31% decrease in water absorption, indicating enhanced hydrophobicity. These results reveal substantial improvements in the moisture resistance of the composites. Morphological analysis confirmed that alkali treatment reduced the void content and led to a more uniform internal structure. Thermal analysis showed that both production methods maintained comparable levels of thermal stability. In conclusion, this study presents a biodegradable, high-performance, and sustainable biocomposite material developed using non-toxic components and environmentally responsible processing techniques. The outcomes demonstrate its relevance to zero-waste strategies and circular economy objectives.
Benzer Tezler
- Kenevir liflerinden çevre dostu tümü-selüloz kompozit elde edilmesi
Environmentally friendly all-cellulose composite production from hemp fibers
SİNEM LALOĞLU
Doktora
Türkçe
2026
Ormancılık ve Orman Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaOrman Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CELİL ATİK
- Kromun kimyasal formlarının (türlerinin) zanginleştirilmesi ve spektrofotometrik olarak tayini
Spectrophotometric determination and preconcentration of chemical species of chromium
HAMDİ MIHÇIOKUR
- Balık kemiklerinden farklı yöntemlerle üretilen biyokalsiyum tozunun karakterizasyonu ve gıda takviyesi olarak kullanım olanaklarının araştırılması.
Characterization of biocalcium powder produced from fish bones by different methods and investigation of its use as a food supplement
AFŞIN CEYLAN
Doktora
Türkçe
2026
Su ÜrünleriAkdeniz ÜniversitesiSu Ürünleri Avlama ve İşleme Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NALAN GÖKOĞLU
- Çok amaçlı modelleme araçları ile atık su arıtma tesislerinin performans değerlendirmesi
Performance evaluation of wastewater treatmentplants using multi-objective modelling tools
FARUK DİKMEN
Doktora
Türkçe
2026
Çevre MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET DEMİR
- Beş farklı ahşap işleme atığının iki farklı yerli linyitle olan karışımlarının yanma karakteristiklerinin termogravimetrik olarak incelenmesi
Investigation of the combustion characteristics of mixtures of five different wood materials with local lignite
KEMAL BERK ALTUNKAYA
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Çevre MühendisliğiSüleyman Demirel ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEMA YURDAKUL