Tez Arşivi

Tez aramanızı kolaylaştıracak arama motoru. Yazar, danışman, başlık ve özete göre tezleri arayabilirsiniz.


İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Tekstil Mühendisliği Anabilim Dalı

A potential application for textile industrial waste to produce eco-friendly composite

Çevre dostu kompozit üretmek üzere tekstil endüstriyel atığı için potansiyel bir uygulama

Teze Git (tez.yok.gov.tr)

Bu tezin tam metni bu sitede bulunmamaktadır. Teze erişmek için tıklayın. Eğer tez bulunamazsa, YÖK Tez Merkezi tarama bölümünde 542001 tez numarasıyla arayabilirsiniz.

Özet:

Today, with the increasing awareness of environmental conservation, many scientists are directing their work on environmental improvements. In the textile industry, dyestuff load of wastewater increases and improvements are made to reduce this load. As a contribution to these improvements, a nanocomposite is designed with clay, carboxymethylcellulose, chitosan and its modifications, which are totally natural. In this study, a nanocomposite designed to adsorb dyestuffs from textile wastewaters using modified clay, modified cellulose and modified chitosan. With the anionic modification of chitosan, it can be converted into carboxymethyl chitosan and it can also have an affinity to cationic structures. With this structure, a colored composite will be obtained while contributing to recycling and environment by providing adsorption of dyestuff in more than one kind. Also, clay-based nanocomposite addition into a polymer enhances the mechanical properties while contributing to thermal properties. In addition, Poly(lactic acid) which is a biopolymer is used as matrix and a new structure is produced by adding the nanocomposites into the biomatrix with 1, 3, 5, 7% ratios and performance properties are examined. PEG is added to every sample except pure PLA sample. While acquiring color, it does not add an extra dyestuff load to the environment, but rather evaluates the existing and recycles it again. FTIR for characterization of the nanocomposite, UV-vis for dye adsorption, tensile strength test and impact test for strength, DSC and TGA are carried out for thermal characteristics of samples. Also, rheometer is used for rheologic character analysis. According to mechanic test results, even moduli are decreased elongations are increased and samples become more ductile with nanocomposite addition. Also, nanocomposite addition increased the impact strength in general. In addition, when nanocomposite load increased the effects on mechanical enhancements increases. For thermal results, nanocomposite addition shows very close values to only PEG added samples and less than PLA sample while they enlarge the phase changing intervals. For rheology analysis results, loss and storage moduli are decreased but the viscosity of samples are significantly decreased which contributes to ease of applicability.

Summary:

Günümüzde çevre koruma bilincinin artması ile birlikte birçok bilim insanı çalışmalarını çevresel iyileştirmeler üzerine yöneltmektedir. Ülkemizin ana sektörlerinden biri olan tekstil endüstrisi, maksimum su kullanımı olan ve bu sebeple maksimum atık su üreten sektördür. Deşarj edilmesi gereken bu atık sular, üretilen ürün tipine göre değişiklik göstermektedir. Özellikle boya-apre ve yıkama sonrası atık sular boyar madde, yardımcı malzemeler ve farklı kimyasallar içerebilir ve su kütlelerindeki herhangi bir noktaya direkt deşarj edilemezler. Bütün bu kimyasal içerikler ciddi miktarda boya yükü oluşturur, suyun rengini, kokusunu ve kalitesini bozar ve çevreyi olumsuz etkiler. Uygun şekilde arıtılmayan atık sular toprak ve su kaynaklarının kalitesini altüst eder, verimsiz hale getirir ve var olan kaynakların yok olmasına sebep olur. Ötrofikasyon, çeşitli hastalıklar ve deşarj alanında bulunan su canlıları ile insanların ölümüne sebep olabilecek bu atık suların belli standart limitler içinde çeşitli işlemlerle kapsamlı arıtma merkezlerinde arıtılması zorunludur. Bu işlemler, uzun prosesler ve ekstra maliyetler içerdiği için üretim maliyetlerini ve satış fiyatlarını artırmaktadır. Bu bilgiler ışığında tekstil endüstrisinde atık suların boya yükünü azaltmaya yönelik iyileştirmeler yapılmaktadır. Bu iyileştirmelere katkı olarak bu çalışmada tamamen doğal olan kil, tekstil atıklarından üretilen karboksimetilselüloz, kitosan ve bunların modifiye hallerinin kullanıldığı kombinasyonları ile nanokompozitler tasarlanmıştır. Bu çalışmada öncelikle modifiye kil, kitosan, modifiye kitosan ve modifiye selüloz kullanılarak tekstil atık sularından boyaları adsorplayabilen bir nanokompozit tasarlanmıştır. Yapısı gereği emici olan kil, hem doğal hem de fonksiyonel bir malzeme olması sayesinde katmanlı yapısının, atık sulardaki boyar maddeyi tutmak üzere yapılacak çözelti interkale işlemi ile genişletilmesi ve adsorplama miktarının artırılması hedeflenmiştir. Yapılan ön çalışmalarda ticari kil çeşitleri arasında yapılan incelemeler, ön denemeler ve literatür ışığında Cloisite 30B kullanımının en uygun olduğu görülmüştür. Bu aşamada ilk olarak selüloz atıklarından karboksimetilselüloz üretilerek geridönüşüm sağlanmış ve anyonik özellikte bir malzeme elde edilmiştir. Simüle boya banyosu için seçilen katyonik metilen mavisini adsorplamak üzere karboksimetilselüloz kile interkale edilerek anyonik bir adsorban elde edilmiştir. İkincil olarak interkale işlemi için doğada selülozun ardından gelen en yaygın ikinci polisakkarit kaynağı olan kitosan seçilmiştir. Kitosanın katyonik yapısı itibari ile katyonik boya emilimine ilgisi düşük olduğu için adsorplama oranı düşük olmaktadır. Bu sebeple, kitosanın anyonik modifikasyonu ile karboksimetilkitosana dönüştürülerek anyonik yapıların yanı sıra katyonik yapılara da ilgi geliştirilmiştir. Bu yapı ile birden fazla karakterde boyarmadde adsorpsiyonu sağlayabilir özelliği ile geri dönüşüm ve çevreye katkı sağlanırken renkli bir kompozit elde edilmiştir. Bu kompozit yapılar üretilirken çözelti interkalasyonu yöntemi kullanılmıştır. Ayrıca bu kil bazlı nanokompozitler içerikleri gereği eklendikleri polimerlerin termal özelliklerine katkıda bulunurken mekanik özelliklerini de iyileştirmektedir. Bu çalışmada Cloisite 30B, kitosan+kil, karboksimetilkitosan+kil ve karboksimetilselüloz+kil olmak üzere dört ayrı yapı boya adsorplamak üzere kullanılmıştır. Normal şartlarda yapılan arıtma işlemlerinde su arıtıldıktan sonra renkli yeni bir katı atık geriye kalır ve bu atıkların ayrıca bertaraf edilmesi gerekmektedir. Bu ekstra bir işlem olmakla birlikte çevre için risk oluşturmaya devam etmektedir. Bu çalışmada, atık boyarmaddeler ile renklenen nanokompozit, bir biyopolimer olan poli(laktik asit) matrisine eklenerek yeni bir yapı oluşturulmuş ve atıkların biraraya getirilmesi ile elde edilen renkli dolgu malzemesi bir polimer yapısına eklenerek tekrar kullanım sağlanıp sıfır atık üretecek bir işlem oluşturulmuştur. Bu işlem sırasında eriyikten interkalasyon yöntemi kullanılmıştır. Bu sayede renkli bir poli(laktik asit) tek işlem ile üretilirken çevreye katkı sağlayacaktır. Biyopolimer olan poli(laktik asit) ayrıca biyobozunabilir nitelikte olduğu için elde edilen son ürün kullanım ömrü dolduğunda doğada kendiliğinden çözünerek zararsızca yok olacaktır. Bu sayede üretilen kompozitler çevreci bir polimer yapı içerisinde değerlendirilmiş olacaktır. Ayrıca kompozitin içinde bulunan kil, kitosan, karboksimetil-kitosan ve karboksimetil-selüloz gibi yapılar poli(laktik asit) yapısına katkı sağlayarak mekanik, reolojik ve termal özelliklerini etkileyecektir. Bu çalışmada %1, 3, 5 ve 7 oranlarında kompozit poli(laktik asit) matrise eklenerek son ürünün performans özellikleri incelenmiştir. Poli(etilen glikol) katkısı saf poli(laktik asit) numunesi hariç hepsine eklenmiştir. Kullanılan renkli nanokompozit ile polimer renk kazanırken çevreye ekstra bir boya yükü katmaz, aksine varolanı değerlendirir ve geri dönüştürerek tekrar kullanır. Nanokompozitin karakterizasyonu için Fourier dönüşümlü infrared spektrofotometresi (FTIR) ve boya alımı için UV-vis spektrofotometre (UV-vis) testleri gerçekleştirilirken polimerin karakterizasyonu adına mukavemet için çekme ve darbe testleri, ısıl karakterini incelemek için diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) ve termogravimetrik analiz (TGA) testleri gerçekleştirilmiştir. Ayrıca reolojik özelliklerini incelemek üzere reometre ile analiz yapılmıştır ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile çekme deneyi sonucu kopan parçaların kopma yüzeylerinin görsel değerlendirmesi gerçekleştirilmiştir. Termal sonuçlara göre, nanokompozit ilavesi poli(laktik asit)+ poli(etilen glikol) matrisine göre termal karakterde çok küçük düşüşlere sebep olurken poli(laktik asit) matrisi ile kıyaslandığı zaman daha belirgin değişiklikler sağlamıştır. Sadece termal faz değişimi aralıklarını genişletirken elde edilen numunenin sonuçları poli(etilen glikol) eklenen numunelerin sonuçlarına çok yakındır ve poli(laktik asit) numunelerinkinden düşüktür. Termal açıdan genel olarak bütün kompozitler içinden en yüksek değerler karboksimetilkitosan+kil nanokompozit katkılı numune ile elde edilmiştir. Kitosan+kil katkılı olan numunenin mekanik değerleri karboksimetilkitosan+kil katkılı olana yakın olduğu görülürken Cloisite katkılı numune kitosan bazlı numunelerden daha düşük değerlere sahiptir. Karboksimetilselüloz+kil katkılı numunelerin mekanik değerleri selülozik birimler içermesinden kaynaklı olarak en az olanlardır ve sıcaklığa dayanımı daha azdır. Reoloji analizi sonuçlarına göre kompozit eklemeleri sonucunda depolama ve kayıp modüllerinde azalma gözlenirken viskozite belirgin bir şekilde azaltılmıştır ve bu da uygulama kolaylığı sağlamaktadır. Maksimum modül Cloisite ile elde edilirken minimum modül psödoplastik (kayma ile incelen) yapısı gereği karboksimetilselüloz+kil katkılı numunede görülmüştür. Ayrıca minimum viskozite karboksimetilselüloz+kil içeren numunede görülmüştür ve bu da uygulama kolaylığı anlamına gelmektedir. Bu sebeple, karboksimetilselüloz+kil kompoziti işlenebilirliği artırmak üzere üretimi zor olan polimerler içeren kompozit yapılara eklenebilir. Mekanik test sonuçlarına göre, kompozit ilavesi darbe testi sonuçlarını artırmıştır. Genel olarak karboksimetilselüloz+kil eklentisine sahip numuneler minimum mukavemete sahipken Cloisite eklentisi olanlar maksimum mukavemete sahiptir. Çünkü Cloisite kilin partikül boyutu bütün eklentiler arasında en küçük olandır ve bu sebeple matris içerisinde daha iyi ve eşit dağıtılabilir, bu da numune matrisinin her noktadan ve dengeli biçimde desteklenmesini sağlar. Çekme testi dayanımı sonuçları incelendiğinde, modüller düşse bile uzama miktarları artmış olduğu ve numunelerin daha sünek hale geldiği görülmüştür. Numunelere eklenen kompozit oranı artırıldığında süneklik oranları artmıştır. Genel olarak, polimerik yapıya nanokompozit eklemek darbe dayanımlarını artırmıştır. Nanokompozit yükleme miktarlarının artması ile birlikte mekanik özelliklerdeki gelişmeler daha da artmaktadır. Sonuç olarak, üretilen bütün nanokompozitler değişik amaçlara uygun olmak üzere poli(laktik asit) ve poli(laktik asit)+poli(etilen glikol) matrislerine uygulanabilir. Çünkü karakteristik özellikler ya artırılmış ya da poli(laktik asit)+poli(etilen glikol) matrisine çok yakın olan çok küçük azalmalar görülmüştür. Kullanılan bu dört yapının her biri de birbirine göre üstün özelliklere sahiptir ve isteğe bağlı olarak farklı ürünlerin üretiminde kullanılabilir. Böylece, bu ilaveler sayesinde uygulama kolaylığı ile üretilecek son ürünün ihtiyaçlarına göre değişik karakterde yapılar elde edilebilir.