Doğal Atık Takviyeli Biyobazlı Polimer Kompozitlerin Üretimi ve Karakterizasyonu

Abstract

Ticari epoksi reçine, havacılık, otomotiv, rüzgar enerjisi, kompozit malzemeler, boyalar ve kaplamalar gibi geniş bir küresel pazar potansiyeline sahip olmasına rağmen, bir endokrin bozucu olan bisfenol-A (BPA) içermesi insan sağlığı ve çevre açısından araştırmacıları biyobazlı epoksi üretmeye teşvik etmektedir. Bu motivasyon tarafından beslenen bu tez çalışmasında, biyobazlı itakonik asit (İA) ile epiklorohidrin (EKH) arasında gerçekleşen esterifikasyon reaksiyonu yoluyla biyobazlı bir epoksi reçine (EİA) üretilmiştir. EİA'nın kimyasal yapısı FT-IR ve 1H NMR analizleri ile doğrulanmıştır. Zeytin küspesi (pirina) atığı (PA), takviye olarak; potansiyeli, biyolojik olarak parçalanabilirliği ve maliyet tasarrufu özellikleri nedeniyle değerlendirilmiştir. Doğal atık takviye malzemesi, yüzey özelliklerini geliştirmek için sodyum hidroksit (NaOH) ile kimyasal işleme tabi tutulmuştur. Saf-PA ve NaOH ile modifiye edilmiş PA (NaOH-PA), bisfenol A tipi epoksi reçine (ER)-EİA karışım matris sisteminde ucuz takviye malzemesi olarak kullanılmıştır. Bu çalışma ile, modifiye ER sistemi ve takviye elemanlarının kompozit malzemelerin üzerindeki etkisi incelenmiştir. Takviye malzemeleri FT-IR, FE-SEM/EDX ve parçacık boyutu analizi ile karakterize edilirken, kompozitler TGA, SEM, su tutma ve temas açısı ölçümü (T.A.) ve mekanik testler kullanılarak karakterize edilmiştir. Morfolojik sonuçlar, alkali modifiye PA dolgu maddeleri ile ER-EİA matrisi arasındaki adezyonda bir artış olduğunu göstermiştir. NaOH-PA kompozitleri, hem saf ER-EİA hem de işlenmemiş PA kompozitlerine kıyasla daha yüksek çekme dayanımı sergilemiştir. Çalışma, ağırlıkça %20 NaOH ile modifiye edilmiş PA'dan (ağırlıkça %7:3) oluşan kompozit malzemenin çekme dayanımı (94,2 MPa) ve elastik modülü (E-modül) (7,1 GPa) açısından yüksek değerler gösterdiğini ortaya çıkarmıştır. NaOH-PA takviyeli kompozitler hidrofobik yüzeyler sergilemiştir.

Although commercial epoxy resin has a wide global market potential such as aerospace, automotive, wind energy, composite materials, paints and coatings, its content of bisphenol-A (BPA), an endocrine disruptor, encourages researchers to produce biobased epoxy for human health and environmental reasons. In this thesis, fueled by this motivation, a biobased epoxy resin (EIA) was produced through the esterification reaction between biobased itaconic acid (IA) and epichlorohydrin (ECH). The chemical structure of EIA was confirmed by FT-IR and 1H NMR analyses. Olive pomace waste (PW) has been evaluated for its potential as a supplement, biodegradability and cost-saving properties. Chemical modification was carried out with sodium hydroxide (NaOH) to improve the surface properties of the natural waste reinforcement material. Neat-PW and NaOH modified PW (NaOH-PW) was used as a cheap reinforcement material in the bisphenol A type epoxy resin (ER)-EIA mixture matrix system. This study emphasized the effect of modified ER system and reinforcement elements on composite materials. Reinforcements were characterized using FT-IR, FE-SEM/EDX and particle size analysis, while composites were characterized using TGA, SEM, water retention and contact angle measurement (C.A.) and mechanical tests. Morphological results showed an increase in adhesion between alkaline modified PW fillers and the ER-EIA matrix. NaOH-PW composites exhibited higher tensile strength compared to both pure ER-EIA and virgin PW composites. The study revealed that the composite material consisting of PW (7:3 wt%) modified with 20 wt% NaOH showed high values in terms of tensile strength (94.2 MPa) and elastic modulus (E-modulus) (7.1 GPa). Composites prepared with modified PWs exhibited hydrophobic surfaces.