Kayısı çekirdeği kabuğu ile hazırlanan polipropilen esaslı kompozitlerin morfolojik, mekanik ve termal özelliklerinin incelenmesi

Yıl 2025, Cilt: 40 Sayı: 2, 1347 - 1356, 03.02.2025

Hüseyin Çağdaş Aslan

https://doi.org/10.17341/gazimmfd.1524814

Öz

Bu çalışma, kayısı çekirdeği kabuğu (KB) polipropilen (PP) matris kullanılarak elde edilen kompozit malzemelerin morfolojik, mekanik ve termal özelliklerini incelemektedir. Plastiklerin yaygın kullanımından kaynaklanan atık problemleri ve bu problemlere yönelik çözümlere bir alternatif olarak, KB gibi doğal malzemelerle plastiklerin birleştirilmesi, hem plastik tüketimini hem de atık miktarını azaltma potansiyeline sahiptir. Çalışmada PP matrisli kompozitler, farklı oranlarda KB (%0, %10, %20, %30) ve maleik anhidrit aşılanmış polipropilen (MAPP) uyumlaştırıcı (0, 5, 10, 15 phr) kullanılarak hazırlanmıştır. Kompozitlerin morfolojik özellikleri taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile incelenmiş ve KB'nin PP matris içinde homojen dağıldığı gözlemlenmiştir. Mekanik testler sonucunda, KB oranının %30'a çıkarılması çekme dayanımında %35'e varan bir azalma ve elastik modülde %15 civarında bir artışa yol açmıştır. MAPP uyumlaştırıcı kullanımı, %30 KB içeren kompozitlerin çekme dayanımını 30.70 MPa (PP30-10) ve 30.59 MPa (PP30-15) değerlerine kadar artırmıştır. Termal özellikler ise diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) ve termogravimetrik analiz (TGA) ile değerlendirilmiş, KB'nin kristalizasyon sıcaklıklarını arttırdığı ve PP matrisin erime entalpilerini azalttığı belirlenmiştir. PP30 örneğinde kristalizasyon derecesi %40.58 olarak bulunmuş, MAPP katkısı ile bu değer %44.92'ye (PP30-15) kadar yükselmiştir. TGA analizleri, KB katkısının bozunma başlangıç sıcaklıklarını düşürdüğünü, ancak yüksek sıcaklıklarda daha hızlı bir yanma sağladığını ortaya koymuştur. Katkısız PP'nin kütle kaybı 323°C'de başlarken, KB katkılı kompozitlerde bu sıcaklık 282°C'ye kadar gerilemiştir (PP30). Bu bulgular, kayısı çekirdeği kabuğunun çevresel açıdan sürdürülebilir bir dolgu malzemesi olarak kullanılabileceğini ve plastik atıkların azaltılmasına katkı sağlayabileceğini ortaya koymaktadır.

Anahtar Kelimeler

Polipropilen, Kayısı Çekirdeği Kabuğu, Ahşap Kompozit, Sürdürülebilir Malzemeler, Morfoloji

Teşekkür

Malzeme teminindeki hibeleri nedeniyle Tersun Kayısı Çekirdeği Sanayii (Malatya, Türkiye) ve Tisan Mühendislik Plastikleri (İstanbul, Türkiye) şirketlerine ve kompozitlerin hazırlanmasındaki yardımları nedeniyle Ahmet Buğra DEMİR ve Emir KARAMAN’a teşekkür ederim.

Kaynakça

• 1. PAGEV. Türkiye Plastik Sektör İzleme Raporu 2023. https://pagev.org/upload/files/Plastik Sektör Raporu 2023.pdf. Yayın tarihi 2024. Erişim tarihi Şubat 25, 2024.
• 2. Aslan H.Ç., Kaya M.A., Production of thermoplastic starch for polymer blending and determination of morphological, thermal, and rheological properties of thermoplastic starch/polyethylene blends, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 38 (3), 1547–1560, 2023.
• 3. Hasdemir M., Tarımsal Ekonomi ve Politika Geliştirme Enstitüsü. Kayısı Ürün Raporu 2023. https://arastirma.tarimorman.gov.tr/tepge/Belgeler/PDF%20Ürün%20Raporları/2023%20Ürün%20Raporları/Kayısı%20Ürün%20Raporu%202023-377%20TEPGE.pdf. Yayın tarihi Mayıs, 2024. Erişim tarihi Şubat 25, 2024.
• 4. Cañellas J., Femenia A., Rosselló C., Soler L., Chemical composition of the shell of apricot seeds, J Sci Food Agric, 59 (2), 269–271, 1992.
• 5. Aljoumaa K., Tabeikh H., Abboudi M., Characterization of apricot kernel shells (Prunus armeniaca) by FTIR spectroscopy, DSC and TGA, Journal of the Indian Academy of Wood Science, 14 (2), 127–132, 2017.
• 6. Wu F., Yu Q., Liu C., Brouwers H.J.H., Wang L., Effect of surface treatment of apricot shell on the performance of lightweight bio-concrete, Constr Build Mater, 229, 116859-116869, 2019.
• 7. Yildiz S., Emirolu M., Atalar O., Apricot pip shells used as aggregate replacement, Journal of Civil Engineering and Management, 18 (3), 318–322, 2012.
• 8. Bahçe H.T., Temiz Ş., Vakum İnfüzyon Metoduyla Üretilen Kayısı Çekirdeği Kabuğu Tozu Katkılı Tabakalı Kompozitlerin Mukayese Edilmesi, Kırklareli Üniversitesi Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi, 5 (2), 125–146, 2019.
• 9. Adhami S., Ghorbanpoor H., Azak B., Kapucu S., Nurbas M., Avcı H., A Novel Approach for Water Treatment by Using Activated Carbon : Apricot Kernel Shell, Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Mühendislik ve Mimarlık Fakültesi Dergisi, 26( 1), 1–7, 2018.
• 10. Temiz H., Maras M.M., Kantarci F., Polimer Katkılı Kompozitlerin Mekanik ve Yalıtım Özelliklerinin İncelenmesi, Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, 8 (2), 1394–1406, 2020.
• 11. Çelik Y.H., Yalcin R., Topkaya T., Başaran E., Kilickap E., Characterization of Hazelnut, Pistachio, and Apricot Kernel Shell Particles and Analysis of Their Composite Properties, Journal of Natural Fibers, 18 (7), 1054–1068, 2021.
• 12. Fidan M.S., Ertaş M., Bio-based Rigid Polyurethane Foam Prepared from Apricot Stone Shell-based Polyol for Thermal Insulation Application - Part 2: Morphological, Mechanical, and Thermal Properties, Bioresources, 15 (3), 6080–6094, 2020.
• 13. Oral I., Kocaman S., Ahmetli G., Characterization of unmodified and modified apricot kernel shell/epoxy resin biocomposites by ultrasonic wave velocities, Polymer Bulletin, 80 (5), 5529–5552, 2023.
• 14. Koç V., Sancar İ., Baran M.F., Taştan M.A., Kayısı Çekirdeği Kabukları Kullanılarak Yalıtım Amaçlı Kompozit Malzeme Üretilmesi, Journal of Agricultural Machinery Science, 11 (4), 309–314, 2015.
• 15. Bahçe E., Demirel M.H., Köytepe S., Seçkin T., Production of abrasive apricot kernel shell powder/boron nitride/polyester composites for cleaning of paint and corrosion on metal surfaces, Polym Compos, 41 (2), 544–555, 2020.
• 16. Ali A., Ali S., Yu L., Liu H., Khalid S., Hussain A. et al., Preparation and characterization of starch‐based composite films reinforced by apricot and walnut shells, J Appl Polym Sci, 136 (38), 47978 2019.
• 17. Väisänen T., Haapala A., Lappalainen R., Tomppo L., Utilization of agricultural and forest industry waste and residues in natural fiber-polymer composites: A review, Waste Management, 54, 62–73, 2016.
• 18. Rowell R.M., Handbook of Wood Chemistry and Wood Composites, First Edition, CRC Press, A.B.D., 2005.
• 19. Kosovalı Çavuş F., Özcanlı Y., Beken M., The effect of PET additive on mechanical and morphological properties of PP, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 34 (1), 319–326, 2019.
• 20. Kasgöz A., Compatibilization of polyoxymethylene (POM)/polypropylene (PP) blends and investigation of mechanical, rheological and solid-state creep properties, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 35 (4), 2225–2238, 2020.
• 21. Dányádi L., Renner K., Szabó Z., Nagy G., Móczó J., Pukánszky B., Wood flour filled PP composites: adhesion, deformation, failure, Polym Adv Technol, 17 (11–12), 967–974, 2006.
• 22. Jalaee A., Trottman K., French V., Raghunath S., Brito dos Santos F., Foster E.J., Improved thermomechanical and rheological properties of polypropylene composites with thermomechanical pulp for injection molding, Polym Compos, 45, 12782-12795, 2024.
• 23. Jose S., Aprem A.S., Francis B., Chandy M.C., Werner P., Alstaedt V. et al., Phase morphology, crystallisation behaviour and mechanical properties of isotactic polypropylene/high density polyethylene blends, Eur Polym J, 40 (9), 2105–2115, 2004.
• 24. Baig M., Almeshari B., Aabid A., Junaedi H., Almajid A., The effect of maleic anhydride grafted polypropylene addition on the degradation in the mechanical properties of the PP/wood composites, Heliyon, 10 (9), e30510, 2024.
• 25. Ashori A., Nourbakhsh A., Characteristics of wood-fiber plastic composites made of recycled materials, Waste Management, 29 (4), 1291–1295, 2009.
• 26. Zárate-Pérez C., Ramírez-Aguilar R., Franco-Urquiza E.A., Sánchez-Alvarado C., The Role of Coupling Agents in the Mechanical and Thermal Properties of Polypropylene/Wood Flour Composites, Macromol, 3 (1), 65–78, 2023.
• 27. Nayak S.K., Mohanty S., Sisal Glass Fiber Reinforced PP Hybrid Composites: Effect of MAPP on the Dynamic Mechanical and Thermal Properties, Journal of Reinforced Plastics and Composites, 29 (10), 1551–1568, 2010.
• 28. Hristov V., Vasileva S., Dynamic mechanical and thermal properties of modified poly(propylene) wood fiber composites, Macromol Mater Eng, 288 (10), 798–806, 2003.
• 29. Wang Y., Shi Y., Shao W., Ren Y., Dong W., Zhang F. et al., Crystallization, Structures, and Properties of Different Polyolefins with Similar Grafting Degree of Maleic Anhydride, Polymers 2020, 12 (3), 675-688, 2020.
• 30. Várdai R., Lummerstorfer T., Pretschuh C., Jerabek M., Gahleitner M., Pukánszky B. et al., Impact modification of PP/wood composites: A new approach using hybrid fibers, Express Polym Lett, 13 (3), 223–234, 2019.
• 31. Keledi G., Sudar A., Burgstaller Ch., Renner K., Moczo J., Pukanszky B., Tensile and impact properties of three-component PP/wood/elastomer composites, Express Polym Lett, 6 (3), 224–236, 2012.
• 32. Butylina S., Martikka O., Kärki T., Properties of Wood Fibre-Polypropylene Composites: Effect of Wood Fibre Source, Applied Composite Materials, 18 (2), 101–111, 2011.
• 33. Mareri P., Bastide S., Binda N., Crespy A., Mechanical behaviour of polypropylene composites containing fine mineral filler: Effect of filler surface treatment, Compos Sci Technol, 58 (5), 747–752, 1998.
• 34. Ndiaye D., Tidjani A., Effects of coupling agents on thermal behavior and mechanical properties of wood flour/polypropylene composites, J Compos Mater, 46 (24), 3067–3075, 2012.
• 35. PETKIM. Technical Data Sheet - Petoplen MH418 Polypropylene. https://app.petkim.com.tr/QDMSFiles/File.ashx?fn=PPU-CST-TDS-0061&l=en&fl=urunler. Yayın tarihi Ocak 12, 2023. Erişim tarihi Şubat 25, 2024.
• 36. Ali S., Masud T., Abbasi K.S., Physico-chemical characteristics of apricot (Prunus armeniaca L.) grown in Northern Areas of Pakistan, Sci Hortic, 130 (2), 386–392, 2011.
• 37. Park H.J., Heo H.S., Yoo K.S., Yim J.H., Sohn J.M., Jeong K.E. et al., Thermal degradation of plywood with block polypropylene in TG and batch reactor system, Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 17 (3), 549–553, 2011.
• 38. Supan K.E., Robert C., Miller M.J., Warrender J.M., Bartolucci S.F., Thermal degradation of MWCNT/polypropylene nanocomposites: A comparison of TGA and laser pulse heating, Polym Degrad Stab, 141, 41–44, 2017.
• 39. Poletto M., Zattera A.J., Forte M.M.C., Santana R.M.C., Thermal decomposition of wood: Influence of wood components and cellulose crystallite size, Bioresour Technol, 109, 148–153, 2012.
• 40. Demiral İ., Kul Ş.Ç., Pyrolysis of apricot kernel shell in a fixed-bed reactor: Characterization of bio-oil and char, J Anal Appl Pyrolysis, 107, 17–24, 2014.
• 41. Qaiss A., Bouhfid R., Essabir H., Characterization and Use of Coir, Almond, Apricot, Argan, Shells, and Wood as Reinforcement in the Polymeric Matrix in Order to Valorize These Products, Agricultural Biomass Based Potential Materials, Hakeem, K. R., Jawaid, M., Y. Alothman, O., Springer International Publishing, 305–339, 2015.
• 42. Islam M., Sharif A., Hussain M., Hassan I., Synergic effect of recycled cotton fabric and wood saw dust reinforced biodegradable polypropylene composites, Bangladesh Journal of Scientific and Industrial Research, 54 (1), 21–30, 2019.
• 43. Abd Rahman N., Hassan A., Heidarian J., Effect of compatibiliser on the properties of polypropylene/glass fibre/nanoclay composites, Polímeros, 28 (2), 103–11, 2018.
• 44. Liu Y., Fang Y., Qian J., Liu Z., Yang B., Wang X., Bio-inspired polydopamine functionalization of carbon fiber for improving the interfacial adhesion of polypropylene composites, RSC Adv, 5 (130), 107652–107661, 2015.
• 45. Zhu L., Cao J., Wang Y., Liu R., Zhao G., Effect of MAPP on interfacial compatibility of wood flour/polypropylene composite evaluated with dielectric approach, Polym Compos, 35 (3), 489–494, 2014.
• 46. Ermeydan M.A., Aykanat O., Altın Y., Preparation and characterization of hybrid PLA biocomposites reinforced by wood and silane treated basalt fibers or compatibilized by maleic anhydride-grafted polypropylene (MAPP), Polym Compos, 45 (11), 9831–9844, 2024.
• 47. Dos Santos L.P., Trombetta E., Flores-Sahagun T.S., Satyanarayana K.G., Effect of domestic compatabilizer on the performance of polypropylene-sawdust composites, Journal of Composite Materials, 50 (10), 1353–1365, 2015.
• 48. Sanadi A.R., Guna V., Hoysal R. V., Krishna A., Deepika S., Mohan C.B. et al., MAPP Compatibilized Recycled Woodchips Reinforced Polypropylene Composites with Exceptionally High Strength and Stability, Waste Biomass Valorization, 15 (1), 301–312, 2024.
• 49. Zhou X., Yu Y., Lin Q., Chen L., Effects of maleic anhydride-grafted polypropylene (MAPP) on the physico-mechanical properties and rheological behavior of bamboo powder-polypropylene foamed composites, Bioresources, 8 (4), 6263–6279, 2013.