Odun biyopolimer kompozitlerin üretilmesi ve çok kriterli karar verme yöntemleri ile parametre optimizasyonu

Abstract

Bu çalışma daha çevreci plastik kompozit malzemelerin üretilmesi problemine çözüm arayışı çerçevesinde yapılmıştır. Çevre kirliliği problemi tüm dünyayı ilgilendiren bir konu olması sebebiyle dünya çapında özellikle petrol türevi malzemelere daha çevreci alternatif malzemeler üretilmesi üzerine çalışmalar yapılmaya başlanmıştır. Çalışmamızda da buradan yola çıkarak iki farklı biyo polimer olan PHB (Polihidroksibütürat) ve PLA (Poli Laktik Asit) polimerlerinin ligno selülozik bir malzeme olan ahşap ile karışımıyla elde edilen kompozitlerin karakterizasyonu üzerine çalışılmıştır. Araştırmada kullanılan biyopolimerlerin ekstrüzyon makinası ile ısıl işlem görmüş odun unu ve işlem görmemiş odun unu ile karışımı sağlanmıştır. Bu yöntem ile toplamda 32 farklı karışım elde edilmiştir. Her bir miktar karışımı 250 g olacak şekilde hazırlanmıştır. Karışımlar PLA/PHB karışımı, PHB/odun unu karışımı, PLA/odun unu karışımı, PHB/PLA/odun unu karşımı, PP/PLA karışımı, PP/PLA/MAPE karışımı, PP/PHB karışımı, PP/PHB/MAPE karışımı, PP/PLA/odun unu karışımı, PP/PLA/MAPE/odun unu karışımı, PP/PHB/odun unu karışımı, PP/PHB/MAPE/odun unu karışımından oluşmaktadır. Elde edilen karışımlar presleme öncesinde öğütücülerde granül haline gelinceye kadar öğütülmüştür. Öğütme işlemi sonrasında granül halindeki karışımlar poşetler içerisine konularak 80±2°C sıcaklıkta 1 gün etüvde bekletilmiştir. Etüvden alınan karışımlar yatay kalıplara konularak sıcak preste preslenerek 2mm kalınlığında 40x40cm levhalar haline getirilmiştir. Elde edilen levhalar laboratuvar testleri için daire testerede kesilerek ebatlanmıştır. Elde edilen kompozitlerin taramalı elektron mikroskobu (SEM), termogravimetrik analiz (TGA), X-ışını kırınım analizi (XRD), renk analizi, mekanik özellikler ve FTIR spektrumu kullanılarak karakterizasyonu yapılmıştır. Örnekler analizler öncesinde iki ana kısma ayrılmıştır. Birinci kısımda PHB ve PLA biyokompozitlerin karakterizasyonu ikinci kısımda ise PP biyokompozitin PLA-PHB karışımı türevlerinin odun unu ilavesi ile karakterizasyonu yapılmıştır. Uyumlaştırıcı ajan olarak %3wt Maleik anhidrit polietilen (MAPE) kullanılmıştır. Üretilen kompozitlere odun ilavesinin mekanik özelliklerden çekme ve çentikli şok direncini düşürürken elastikiyet modülünü bir miktar artırdığı tespit edilmiştir. Isıl işlem görmüş odun unu ilaveli örnekler diğer örneklere ve kontrol örneklerine göre daha düşük mekanik direnç göstermiştir. Odun unu ilavesi hem ısıl işlem görmüş hem de görmemiş örneklerde yoğunlukların düşmesine ve su alma ve kalınlığına şişme miktarında artışa neden olmuştur. Taramalı elektron mikroskobu (SEM) görüntüleri incelendiğinde odun ununun matriks içerisinde homojen bir dağılım oluşturmadığı görülmüştür. Isıl işlem görmüş odun unu görmemiş olanlara göre daha fazla topaklanma gösterdiği tespit edilmiştir. Örneklerin kristalinite (XRD) değerlerinin odun unu ilavesi ile düştüğü tespit edilmiştir. MAPE ilavesinin tüm örneklerin kristal yapısını artırdığı tespit edilmiştir. Tüm örneklerde ısıl işlem görmüş odun unu ilavesi görmemiş olanlara göre kristalinite değerini daha az düşürdüğü belirlenmiştir. Örneklerin termogravimetrik analiz (TGA) değerlerine bakıldığında odun unu ilavesinin örneklerin bozulma sıcaklıkları düşürdüğü tespit edilmiştir. En düşük bozulma sıcaklık değerleri ısıl işlem görmemiş odun unu ilaveli PLA/PHB örnekler olduğu belirlenmiştir. Bu çalışmada en iyi özelliklere sahip örneğin seçiminde Multi-Criteria Decision Making (MCDM: Çok Kriterli Karar Verme) yöntemlerinden TOPSIS ve PROMETHEE yöntemleri ve Gri ilişkisel analiz yöntemi kullanılmıştır. Birinci kısımda TOPSIS yöntemine göre en iyi özelliklere sahip örnek saf PLA sonra PLA+%10 HT ve üçüncü PLA+%10 UT olarak tespit edilmiştir. PROMETHEE yöntemin de ise ilk üçte aynı örnekler bulunmuş farklı olarak 2. ile 1.'nin yeri değişmiştir. En kötü özelliklere sahip örnekler ise Saf PHB, PHB+%10UT ve PHB+%30UT olduğu belirlenmiştir. Gri ilişkisel analiz yöntemine göre Saf PLA en iyi deneysel sonuç olarak belirlenirken bunu PLA+%30 UT takip etmiştir.

This study was carried out within the framework of the search for a solution to the problem of producing more environmentally friendly plastic composite materials. Industrial production has accelerated in the last century. People around the world have gone to the idea of producing more to increase their income. Consequently, they have established marketing tactics towards the formation of a consumer society. Demands of people whose incomes have increased have also increased. Increasing demand has led to more production. Increased production led to an increase in human income. People were not worried before this accelerating cycle. However, as the recycling of increasing industrial production becomes a problem and environmental pollution becomes a problem, in the last century, people have worried that the natural balance may be disrupted. Since environmental pollution problem is an issue that concerns the whole world, studies have been started to produce more environmentally friendly alternative materials especially for petroleum derived materials. Mixtures PLA / PHB mixture, PHB / wood flour mixture, PLA / wood flour mixture, PHB / PLA / wood flour mixture, PP / PLA mixture, PP / PLA / MAPE mixture, PP / PHB mixture, PP / PHB / MAPE mixture, PP / PLA / wood flour mixture, PP / PLA / MAPE / wood flour mixture, PP / PHB / wood flour mixture, PP / PHB / MAPE / wood flour mixture. The resulting mixtures were milled prior to pressing to granulate in the grinders. After the grinding process, the granular mixtures were placed in the bags and kept in the oven at 80 ± 2 ° C for 1 day. The mixtures taken from the oven were put into horizontal molds and pressed into a hot press and turned into 2mm thick 40x40cm plates. The obtained plates were cut and sized in the circular saw for laboratory tests. The obtained nano composites were characterized by scanning electron microscopy (SEM), thermogravimetric analysis (TGA-DTG), differential scanning calorimetry (DSC), X-ray diffraction analysis (XRD), mechanical properties and FTIR spectra. In addition, rapid aging test was performed on the test specimens to determine the outdoor strength. In this study, TOPSIS and PROMETHEE and Grey Related Analysis Methods, which are among the Multi-Criteria Decision Making (MCDM) methods, were used to select the sample with the best features. In the first part, the sample with the best features according to TOPSIS method was determined as neat PLA, then PLA+%10HT and the third PLA+10% UT. In the PROMETHEE method, the same samples were found in the first three, differently, the places of the 2nd and the 1st were changed. The samples with the worst features were determined to be Pure PHB, PHB + 10 %UT and PHB + 30 %UT. Pure PLA was determined as the best experimental result according to gray relational analysis method, followed by PLA + 30% UT.