Improvement of mechanical and flame retardancy properties of biocomposites based on low density polyethylene and polylactic acid
Alçak yoğunluklu polietilen ve polilaktik asit bazlı biokompozitlerin mekanik ve yanmazlık özelliklerinin iyileştirilmesi
- Tez No: 383102
- Danışmanlar: PROF. DR. ERDAL BAYRAMLI, YRD. DOÇ. DR. MEHMET DOĞAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Polimer Bilim ve Teknolojisi, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışmanın amacı güç tutuşur veya iyi mekanik özelliklere sahip alçak yoğunluklu polietilen (AYPE) ve polilaktik asit (PLA) bazlı biyokompozitler üretilmesidir. Dolgu malzemesi olarak odun tozu (OT) ve jüt kumaşı kullanılmıştır. Çalışmanın ilk kısmında, MA (etilen, akrilik ester ve maleik asit terpolimeri) ve GMA (etilen, akrilik ester ve glisidil metakrilat terpolimeri) fonksiyonel grupları içeren polimer uyumlaştırıcıları, farklı konsantrasyonlarda kullanılarak, AYPE-OT kompozitlerinin mekanik, morfolojik ve su tutma özelliklerine olan etkileri araştırılmıştır. Diğer incelenen parametre ise OT'nin seyreltik uyumlaştırıcı çözeltisi ile karıştırma işleminden önce muamele edilmesidir. Ayrıca, OT'ye uygulanan alkali muamelesinin, kompozitteki OT oranının ve seyreltik PLA çözeltisi ile önemdirme yapılmış OT'nin, PLA-OT yeşil kompozitlerinin mekanik, morfolojik ve su tutma özelliklerine olan etkileri de incelenmiştir. AYPE-OT ve PLA-OT kompozitlerinin bu özelliklerini araştırmak için Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi (FTIR), Taramalı Elektron Mikroskopu (SEM), çekme ve darbe testleri, Dinamik Mekanik Analiz ve su tutma testleri kullanılmıştır. Çalışmaların sonuçlarına göre, MA uyumlaştırıcısının AYPE-OT kompozitleri için GMA uyumlaştırıcısından daha efektif olduğu ve OT'ye uygulanan alkali muamelesinin ve önemdirme işlemlerinin PLA-OT kompozitlerinin çekme modülüsü, çekme ve darbe mukavemetleri gibi mekanik özelliklerini artırmak için uygun metotlar olduğu bulunmuştur. Çalışmanın ikinci kısmında ise, AYPE-OT ve PLA-jüt kumaşı kompozitlerinin, güç tutuşurluk, termal ve yanma özellikleri incelenmiştir. Bu özelliklerin incelenmesi için oksijen index testi (LOI), UL-94 testi, Konik Kalorimetre ve Termogravimetrik Analiz yöntemleri kullanılmıştır. Güç tutuşur AYPE-OT kompoziti elde etmek için 2 yöntem kullanılmıştır. İlk yöntemde hem fiber malzemeyi hem de matriks malzemeyi güç tutuşur yaparak aleve dayanıklılık elde edilmeye çalışılmıştır. Bu amaçla OT'ye, bis[tetrakis (hidroksimetil) fosfonyum] sülfat (THPS) veya disiyandiamit-formaldehit-fosforik asit (DFP) alev geciktirici malzemeler ile muamele yapılmış, daha sonra AYPE ve amonyum polifosfat (APP) ile karıştırılmıştır. Çalışma sonucuna göre, THPS veya DFP ile muamele edilmiş OT ile APP karışımı ile hazırlanan kompozitin maksimum ısıl salınım değeri (pHRR), güç tutuşurluk sağlayan malzeme eklenmeyen numuneye kıyasla %70 oranında azaldığı ve bu sayede yangın performansının arttığı saptanmıştır. İkinci yöntemde ise kompoziti güç tutuşur yapmak için, yalnızca matriks malzemenin güç tutuşurluğunu azaltılmıştır. Bu amaçla, matriks malzeme, fiber malzeme ve güç tutuşurluk malzemesi ekstruderde karıştırılmıştır. AYPE, OT, kırmızı fosfor (RP) veya APP karıştırılarak güç tutuşur kompozitler elde edilmiştir. Sonuçta APP ve RP birlikte kullanıldığında adjuvan etki yarattığı ve en yüksek adjuvan etkinin 5:1 oranında APP:RP kullanıldığında elde edildiği saptanmıştır. Ayrıca, amonyum dihidrojenfosfat (ADP) ve guanidin dihidrojen fosfat (GDP) ile jüt kumaşına muamele yapılmış ve bu kumaşlar ile PLA biyokompozitleri oluşturulup, bu kompozitlerin termal ve güç tutuşurluk özellikleri araştırılmıştır. Sonuçta ADP ile muamele edilmiş kumaşlarla oluşturulan kompozitin güç tutuşurluk ve yangın performansının, GDP içeren kompozitlerden daha iyi olduğu olduğu bulunmuştur.
Özet (Çeviri)
The main objective of this study was to improve the mechanical and flame retardant properties of low density polyethylene (LDPE) and poly (lactic acid) (PLA) based biocomposites. Wood flour (WF) and jute fabric were used as the fillers. In the mechanical property improvement studies with LDPE, the effect of two compatibilizing agents MA (random terpolymer of ethylene, acrylic ester and maleic acid) and GMA (random terpolymer of ethylene, acrylic ester and glycidyl metacrylate) functionalized polymers at different concentration on the mechanical, morphological and water uptake properties of LDPE-WF composites were investigated. The effect of solution preimpregnation of WF with dilute compatibilizer solutions was also studied. . Fourier Transform Infrared Radiation (FTIR), Scanning Electron Microscopy (SEM), Tensile and Impact Tests and water-uptake determinations were conducted to investigate the mechanical, morphological, and water absorption properties of the WF-LDPE. According to the results, it was concluded that MA-composites were more effective than GMA based composites as a compatibilizer in LDPE–WF system. In addition, alkaline treatment and pre-impregnation were effective methods to increase the mechanical properties including tensile modulus, tensile and impact strength of LDPE-WF composites. In mechanical property improvement studies with PLA, the effect of alkaline treatment, WF ratio and pre-impregnation with dilute solution of polylactic acid (PLA) on the mechanical, morphological and water uptake properties of PLA-WF green-composites were studied. The similar characterization methods were used with LDPE-WF composites. According to results, the tensile strength of the composite increases as the amount of alkaline treated WF reaches 50 wt%. Furthermore, the preimpregnation of WF with dilute PLA solution further increases the tensile strength of the composites. In the second part of the study, flammability, thermal and combustion properties of LDPE-WF and PLA-jute fabric composites were improved. Limiting Oxygen Index (LOI), UL-94 test, Cone Calorimeter and Thermogravimetric Analysis (TGA) were used to investigate the flammability, thermal and combustion properties of the composites. Two different approaches were applied for producing flame retardant LDPE-WF composites. In the first approach, the flame retardant LDPE-WF was produced with the reduction of the flammability of both WF and LDPE. Accordingly, WF was treated with bis[tetrakis (hydroxymethyl) phosphonium] sulfate (THPS) or dicyandiamide-formaldehyde-phosphoric acid (DFP) flame retardants. Treated WF was used with ammonium polyphosphate (APP). As a result, the combined use of THPS or DFP treated WF with APP increased the fire performance of composites as 70% of decrease in peak heat release rate (pHRR) value with respect to the sample without flame retardant. In the second approach, the flammability of the matrix was reduced with the direct mixing of WF, matrix and the flame retardant material. Thus, LDPE, WF, red phosphorous (RP) or APP were directly mixed in the extruder to obtain flame retardant composites. RP was used for its synergistic effect for improving the flame retardant effect of APP. According to the results of the study, the combined use of APP and RP showed adjuvant effect. The maximum adjuvant effect was seen at ratio of 5:1 (APP: RP). In flame retardancy improvement studies with PLA, one approach was applied to produce flame retardant PLA-jute composites. PLA-jute composites were obtained with the reduction of the flammability of the jute fiber. To this end, jute fabric was treated with ammonium dihydrogenphosphate (ADP) and guanidine dihydrogen phosphate (GDP). The flammability and thermal properties of PLA based biocomposites were investigated. It was found that ADP treated jute fabric containing composite showed better flame retardancy and fire performance than GDP containing one.
Benzer Tezler
- Tavuk tüyü takviyeli termoplastik poliüretan esaslı biyokompozit malzemelerin mekanik ve güç tutuşurluk özelliklerinin iyileştirilmesi
Improvement on mechanical and the flame retardant properties of chicken feather reinforced thermoplastic polyurethane based biocomposite materials
AYŞENUR MUTLU
Doktora
Türkçe
2022
Tekstil ve Tekstil MühendisliğiErciyes ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET DOĞAN
- Improvement of flame retardancy and mechanical properties of biobased polylactic acid compounds
Biyo bazlı polilaktik asit harmanlarının mekanik mukavemet ve yanma dayanımı özelliklerinin iyileştirilmesi
CEREN YARGICI KOVANCI
Doktora
İngilizce
2023
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MOHAMMADREZA NOFAR
- Epoksi esaslı kenevir lif ile güçlendirilmiş kompozitlerin özelliklerinin incelenmesi
Examination of properties of composites strenghtened with epoxy-based hemp fibers
GÖKHAN UĞURER
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Kimya MühendisliğiEskişehir Osmangazi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALİME ÇITAK
- Tekstil yüzeylerinin elektroçekim yöntemi ile antibakteriyel ve mekanik özelliklerinin geliştirilmesi
Improvement of antibacterial and mechanical properties of textile surfaces by electrospinning process
NURAY CEVİZ
Doktora
Türkçe
2024
Tekstil ve Tekstil MühendisliğiMarmara ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEVHAN MÜGE YÜKSELOĞLU
- Plazma polimerizasyon yöntemiyle polimerik malzemelere yanmazlık özelliğinin kazandırılması
Flame retardancy improvement of polymeric materials by plasma polymerization
HANDE YAVUZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2007
Kimya MühendisliğiGazi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NURSEL DİLSİZ