Environmentally-friendly, high strength lignin filled polypropylene composites = Çevreye duyarlı, yüksek mukavemetli polipropilen lignin kompozitleri

ÇEVREYE DUYARLI, YÜKSEK MUKAVEMETLİ LİGNİN POLİPROPİLEN KOMPOZİTLERİ ÖZET Gelişmekte olan bir alan olarak doğal elyaf katkılı kompozit malzemeler, literatürde yaygın olarak çalışılmaktadır. Lignin hem doğal bir dolgu malzemesi hem de biyoetanol ve kâğıt endüstrilerinin atığıdır. Lignin, katma değerli ürünler yaratmak için son yirmi yıldır çalışılmakta olan bir takviye malzemesidir. Bu çalışmada, doğal elyaf olarak Soda lignin kullanılmıştır. Soda lignin yapısal olarak sülfür içermeyen ve diğer lignin tiplerine kıyasla ligninin doğal yapısına en yakın olanıdır. Lignin dolgulu/takviyeli kompozitler literatürde farklı matris malzemeleri ve lignin tipleri kullanılarak; karıştırma, tek vidalı eriyik harmanlama, çift vidalı eriyik harmanlama veya çözeltide harmanlama ile üretilmiştir. Yapılan çalışmaların sadece üçünde çift vidalı harmanlama yöntemi kullanılarak lignin katkılı kompozit üretildiği görülmüştür. Bu üç çalışma içerisinde sadece bir çalışmada Polipropilen matris malzemesi olarak kullanılmış ve bir diğer çalışmada da kompozitlerin mekanik özelliklerini iyileştirmek amacıyla birleştirici ajan kullanılmıştır. Yapılan çalışmalar incelendiğinde lignin katkılı polimer kompozit malzeme üretiminde matris malzemesinin polipropilen olup üretim yöntemi olarakda çift vidalı extrüder kullanılan yalnızca bir çalışma bulunmaktadır. Bu durum konunun hali hazırda çalışılan güncel ve gelişmeye açık olduğunun göstergesidir. Bu çalışmada, PP-lignin kompozitleri çift vidalı ekstrüder ile üretilmiştir. Polipropilen matrisden daha hidrofilik olan lignin birleşiminin yarattığı arayüzey uyumsuzluğundan dolayı birleştirici ajan kullanılmasına ihtiyaç duyulmuştur. Bundan dolayı farklı birleştirici ajanın etkisini incelemek amacı ile kütlece 10% lignin katkılı kompozitler yüzey modifikasyonlu ve modifikasyonsuz olarak çift vidalı ekstruder kullanılarak üretilmiştir. POSS (oligomerik yüzlü silseskioksan) ve ticari bir birleştirme ajanı olan FUSABOND® E265 kullanılarak 0.1%, 0.3% ve 0.5%’lik konsantrasyonlarda birleştirici ajan kullanılmıştır. Yapısal özellikleri görmek amacıyla kompozit malzemelere Fourier Kızılötesi Spektroskopisi (FTIR) analizi yapılmıştır. Termal kararlılık ısıl kütle kaybı analizi (TGA) yardımı ile belirlenmiştir. Mekanik özellikler çekme testi ve üç nokta eğme ile değerlendirilmiştir. Termomekanik özellikler dinamik mekanik analiz (DMA) kullanılarak karakterize edilmiştir. Taramalı elektron mikroskopisi (SEM) ile arayüz morfolojisi gözlenmiştir. Sonuçlar kompozitlerdeki FUSE ve POSS’un optimum miktarının lignin ve polimer arasında en iyi etkileşim olması için 0.3% olarak seçilebileceğini göstermiştir. DMA sonuçları kompozitlerin deformasyonun sıcaklıkla arttığını göstermektedir. Lignin dolgulu kompozitlerin bağ özellikleri, katkısız kopolimer. lignin ve bağlayıcı ajanların arasındaki etkileşimlerin FTIR ile analiz edilmesiyle belirlenmiştir. TGA analizlerine göre kompozitlerin bozunan kütlesi, kompozit yapısında FUSE ve POSS bağlayıcı ajanların kullanılmasıyla nispeten azalmıştır. Arayüzey morfolojisi SEM xxvi analizi ile incelenmiştir. Lignin boyutlarının homojen olmadığı ve ayrıca üretilen kompozitlerde hava boşlukları bulunduğu ve düzgün lignin dağılımının elde edilemediği görülmüştür. Mekanik test sonuçlarına göre kompozitlerin çekme mukavemeti neredeyse kopolimerin çekme mukavemeti ile aynıdır. Lignin ve birleştirici ajan ilave edilmesi ile daha rijit kompozitler üretilmiştir

Uyumlaştırıcı Kimyasalla Güçlendirilmiş Nanoselüloz-Polipropilen Nanokompozitleri

Nanoselüloza olan talep giderek artmasıyla, bu önemli materyal uyumlaştırma kimyasallarıyla polipropilen matrikslerin güçlendirilmesinde kullanılmaktadır. Polipropilen (PP)-selüloz nanofibril (CNF) ve Fusabond Hibrit kompozitler çift vidalı ekstruder kullanılarak hazırlanmıştır. Ticari uyumlaştırıcı kimyasal PP/CNF kompozitlerinin mekanik özelliklerini iyileştirmek için kullanılmıştır. Buradaki esas zorluk, PP ve CNFs arasında uyumlu bağları oluşturmak ve polimer matriks içerisinde CNFs iyi bir dağılımını elde etmektir. Çeşitli oranlarda uyumlaştırma kimyasalı PP ve CNFs arasında yüzeyler arası bağlanmayı iyileştirmek için incelendi. Kompozitlerin FTIR karekterizasyonu polipropilen ve selüloz nanfibrilin yüzeyler arası yapışmasını belirlemek için gerçekleştirildi. Polipropilen/selüloz nanofibril kompozitlerinin mekanik ve morfolojik özellikleri üzerinde uyumlaştırıcı kimyasalın etkisi sırasıyla çekme testi, dinamik mekanik analiz ve SEM resimleriyle çalışıldı. En Kompozitlerin en iyi mekanik özellikleri, saf polipropilen (14.45 MPa, 0.570 GPa) ile karşılaştırıldığında 19.99 MPa (çekme direnci) ve yaklaşık %87 iyileşme gösteren 1.067 GPa (Young’s modülü) idi. Kırılma morfoloji incelemesi PP matriks içerisinde uyumlaştırıcı kimyasal ilavesi (0.1 wt%) durumunda CNFs’nin iyi dağılımı sağlandı. TGA sonuçları PP/CNF kompozitlerinin termal kararlılığını değiştirmediğini gösterdi, buna karşın muamelesiz PP/CNF Kompozitleriyle karşılaştırıldığında muamele edilmiş kompozitlerde hafif artış kaydedildi