Badem kabuğu atığı dolgulu epoksi biyokompozit özelliklerinin incelenmesi

Bu çalışmada biyobazlı kompozit malzeme elde etmek için dolgu malzemesi olarak badem kabuğu atığı (BK), saf (ER) ve atık polistirenle modifiye bisfenol-A tipi epoksi reçine (ER-PS) kullanılmıştır. BK'nin modifikasyonu, NaOH ve linoleik asit (LnA) ile gerçekleştirilmiştir. BK'nin karakterizasyonunda Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FT-IR), taramalı elektron mikroskopisi (SEM), termogravimetrik analiz (TGA) ve partikül boyut dağılım analizleri kullanılmıştır. Kompozitler, döküm tekniği kullanılarak kütlece %10-20-30-40-50 dolgu oranlarında hazırlanmıştır. Kompozitlerin morfolojisi SEM ile karakterize edilmiştir. Epoksi matris tipi ve BK dolgu oranının kompozitlerin mekanik, termal ve su sorpsiyonu özelliklerine etkileri araştırılmıştır. ER-PS/BK kompozitlerinin çekme mukavemeti ve elastise modül (e-modül) değerleri daha düşük, çekme uzama değerleri ise ER/BK kompozitlerine göre daha yüksek bulunmuştur. En yüksek çekme dayanımı değerleri (95-129 MPa) LnA ile modifiye BK kompozitleri için elde edilmiştir. Hazırlanan ER matrisli kompozitlerin dolgu tipine göre çekme mukavemetleri sırası ile: linoleik asit ile modifiye edilmiş BK (LnA-BK) > NaOH ile muamele edilmiş BK (NaOHBK) > modifiye edilmemiş BK’dir. En uygun BK oranı kütlece %30 olarak belirlenmiştir. Tüm modifiye BK kompozitlerinin e-modül değerleri epoksi matristen daha yüksek bulunmuştur. Sertlik testi sonuçlarına göre kompozitler arasında önemli bir fark belirlenmemiştir. Kompozitlerin su sorpsiyonu BK oranına bağlı olarak artmış ve mekanik özellikleri zayıflatıcı yönde etki etmiştir.

Investigation of properties of almond shell waste-filled epoxy biocomposites

In this study, almond shell waste (ASW) as filling material, pure (ER), and waste polystyrene modified bisphenol-A type epoxy resin (ER-PS) were used to obtain biobased composite materials. The modification of ASW was carried out with NaOH and linoleic acid (LnA). Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), Scanning electron microscopy (SEM), thermogravimetric analysis (TGA), and Particle size distribution analyses were used in the characterization of ASW. Composites were prepared at filling ratios of 10-20-30-40-50% by mass using the casting technique. The morphology of the composites was characterized by SEM. The effects of epoxy matrix type and BK filling ratio on composites' mechanical, thermal, and water sorption properties were investigated. Tensile strength and modulus of elasticity (e-modulus) values of ERPS/ASW composites were lower, and tensile elongation values were higher than ER/ASW composites. The highest tensile strength values of 95-129 MPa were obtained for LnA modified ASW composites. The order of the tensile strength of the prepared ER matrix composites according to the filler type is: linoleic acid-modified ASW (LnA-ASW)>NaOH treated ASW (NaOH-ASW) > unmodified ASW. The most suitable ASW ratio was found as 30% by mass. e-modulus values of all modified ASW composites were higher than the epoxy matrix. According to the hardness test results, there was no significant difference between the composites. The water sorption of the composites increased depending on the ASW ratio and had a weakening effect on the mechanical properties.

___

  • [1] Gibson G. Epoxy Resins, Chapter 27. Editor: Gilbert M. Brydson’s Plastics Materials, 773-797, ButterworthHeinemann Elsevier Ltd, Oxford, UK, 2017.
  • [2] Yılmaz Y, Çallıoğlu H, Balbay A. “Karbon nanotüp ile güçlendirilmiş cam fiber/epoksi ve karbon fiber/epoksi kompozit borusal yapıların yarı-statik ezilme ve enerji emilimi davranışlarının incelenmesi”. Pamukkale Universitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 28(1), 81-90, 2022.
  • [3] Rothon R, DeArmitt C. Fillers (Including Fiber Reinforcements), Chapter 8. Editor: Gilbert M. Brydson’s Plastics Materials, 169-204, Butterworth-Heinemann Elsevier Ltd, Oxford, UK, 2017.
  • [4] Koçan C. “Midye kabuğu/epoksi parçacık takviyeli kompozitin mode-I kırılma tokluğunun deneysel olarak incelenmesi”. Pamukkale Universitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 26(4), 599-604, 2020.
  • [5] Prabhakar MN, Song J. “Influence of chitosan-centered additives on flammable properties of vinyl ester matrix composites”. Cellulose, 27(14), 8087-8103, 2020.
  • [6] Azeez AA, Rhee KY, Park SJ, Hui D. “Epoxy clay nanocomposites-processing, properties and applications: A review”. Composites: Part B, 45, 308-320, 2013.
  • [7] Tuncer C, Canyurt OE. “The strength of glass fiber composite materials by inclusion of CaCO3 and SiO2 nanoparticles into resin”. Pamukkale Universitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 28(4), 493-498, 2022.
  • [8] Soydal U, Marti ME, Kocaman S, Ahmetli G. “Evaluation of sugar mill lime waste in biobased epoxy composites”. Polymer Composites, 39(3), 924-935, 2018.
  • [9] Valasek P, Müller M. “EPDM rubber material utilization in epoxy composite systems”. Agronomy Research, 12(1), 291-298, 2014.
  • [10] Kocaman S, Ahmetli G. “Effects of various methods of chemical modification of lignocellulose hazelnut shell waste on a newly synthesized bio‐based epoxy composite”. Journal of Polymers and the Environment, 28, 1190-1203, 2020.
  • [11] Isam Bakr Albaker R, Kocaman S, Martı ME, Ahmetli G. “Application of various carboxylic acids modified walnut shell waste as natural filler for epoxy-based composites”. Journal of Applied Polymer Science, 138(31), 1-16, 2021.
  • [12] Kocaman S, Soydal U, Ahmetli G. “Influence of cotton waste and flame-retardant additives on the mechanical, thermal, and flammability properties of phenolic novolac epoxy composites”. Cellulose, 28, 7765-7780, 2021.
  • [13] Kocaman S, Ahmetli G. “Eco-friendly natural filler based epoxy composites”. International Journal of Chemical and Molecular Engineering, 10(4), 471-74, 2016.
  • [14] Zamani K, Kocaman S, Isık M, Soydal U, Ozmeral N, Ahmetli G. “Water sorption, thermal and fire resistance properties of natural shell-based epoxy composites”. Journal of Applied Polymer Science, 139(35), 1-13, 2022.
  • [15] Sabarinathan P, Rajkumar K, Gnanavelbabu A. “Mechanical properties of almond shell-sugarcane leaves hybrid epoxy polymer composite”. Applied Mechanics and Materials, 852, 43-48, 2016.
  • [16] Gürü M, Tekeli S, Bilici I. “Manufacturing of ureaformaldehyde-based composite particleboard from almond shell”. Materials and Design, 27, 1148-1151, 2006.
  • [17] Yesuraj K, Pazhanivel K, Srinivasan SP, Santhanam V. “Static investigation of almond shell particulate reinforced aquilaria agallocha roxb blended epoxy hybrid matrix composite”. Digest Journal of Nanomaterials and Biostructures, 16(2), 359-365, 2021.
  • [18] Hsini A, Essekri A, Aarab N, Laabd M, Addi AA, Lakhmiri R, Albourine A. “Elaboration of novel polyaniline@Almond shell biocomposite for effective removal of hexavalent chromium ions and Orange G dye from aqueous solutions”. Environmental Science and Pollution Research, 27, 15245-15258, 2020.
  • [19] Banerjee SS, Joshi MV, Jayaram RV. “Treatment of oil spill by sorption technique using fatty acid grafted sawdust”. Chemosphere, 64(6), 1026-1031, 2006.
  • [20] Alemdar A, Sain M. “Biocomposites from wheat straw nanofibers: Morphology, thermal and mechanical properties”. Composites Science and Technology, 68(2), 557-565, 2008.
  • [21] Vallo C, Kenny J, Vázquez A, Cyras V. “Effect of chemical treatment on the mechanical properties of starch-based blends reinforced with sisal fibre”. Journal of Composite Materials, 38(16), 1387-1399, 2004.
  • [22] Mukherjee A, Ganguly PK, Sur DJ. “Structural mechanics of jute: the effects of hemicellulose or lignin removal”. The Journal of The Textile Institute, 84, 348-355, 1993.
  • [23] Pehlivan E, Altun T, Cetin S, Bhanger MI. “Lead sorption by waste biomass of hazelnut and almond shell”. Journal of Hazardous Materials, 167(1-3), 1203-1208, 2009.
  • [24] Díez D, Urueña A, Piñero R, Barrio A, Tamminen T. “Determination of hemicellulose, cellulose, and lignin content in different types of biomasses by thermogravimetric analysis and pseudocomponent kinetic model (TGA-PKM Method)”. Processes, 8(9), 1-21, 2020.
  • [25] AZO Materials. “Polystyrene-PS”. https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=798 (07.06.2022).
  • [26] Soydal U, Kocaman S. Marti ME, Ahmetli G. “Study on the reuse of marble and andesite wastes in epoxy based composites”. Polymer Composites, 39(9), 3081-3091, 2018.
  • [27] Cai M, Takagi H, Nakagaito AN, Li Y, Waterhouse GI. “Effect of alkali treatment on interfacial bonding in abaca fiberreinforced composites”. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 90, 589-597, 2016.
  • [28] Nam TH, Ogihara S, Tung NH, Kobayashi S. “Effect of alkali treatment on interfacial and mechanical properties of coir fiber reinforced poly (butylene succinate) biodegradable composites”. Composites Part B: Engineering, 42(6), 1648-1656, 2011.
  • [29] Melo RQC, Santos WRG, de Lima AGB, Lima WMPB, Silva JV, Farias RP. Water Absorption Process in Polymer Composites: Theory Analysis and Applications. Editors: Delgado JMPQ, de Lima AGB, Transport Phenomena in Multiphase Systems, Springer International Publishing AG, Switzerland, 2018.
  • [30] Yao F, Wu Q, Lei Y, Guo W, Xu Y. “Thermal decomposition kinetics of natural fibers: Activation energy with dynamic thermogravimetric analysis”. Polymer Degradation and Stability, 93, 90-98, 2008.
  • [31] Shah A, Li X, Xu X, Wang S, Bai J, Wang J, Liu W. “Effect of alkalı treated walnut shell (Juglansregia) on hıgh performance thermosets. Study of curıng behavior, thermal and thermomechanıcal propertıes”. Digest Journal of Nanomaterials and Biostructures, 13(3), 857-873, 2018.
  • [32] Ulusoy P. Alkali ve Çeşitli Asitlerle Modifiye Fındık Kabuğu Atığı Esaslı Bioepoksi Kompozitlerin Hazırlanması ve Karakterizasyonu. Yüksek Lisans Tezi, Selçuk Üniversitesi, Konya, Türkiye, 2019.
  • [33] Licari JJ. Coating Materials for Electronic Applications. Noyes Publications, William Andrew, Inc., USA, 2003.
  • [34] Nogueira P, Ramirez C, Torres A, Abad MJ, Cano J, Lopez J, Lopez-Bueno I, Barral L. “Effect of water sorption on the structure and mechanical properties of an epoxy resin system”. Journal of Applied Polymer Science, 80, 71-80, 2001.
  • [35] Gupta MK. “Water absorption and its effect on mechanical properties of sisal composite”. Journal of the Chinese Advanced Materials Society, 6, 561-572, 2018.
  • [36] Sanjeevi S, Shanmugam V, Kumar S, Ganesan V, Sas G, Johnson DJ, Shanmugam M, Ayyanar A, Naresh K, Neisiany RE, Das O. “Effects of water absorption on the mechanical properties of hybrid natural fibre/phenol formaldehyde composites”. Scientific Reports, 11, 1-11, 2021.
Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi-Cover
  • ISSN: 1300-7009
  • Başlangıç: 1995
  • Yayıncı: PAMUKKALE ÜNİVERSİTESİ
Sayıdaki Diğer Makaleler

Bir spor sahasında yüzey tozlarındaki ağır metallerin kirlilik seviyesinin, mikroskobik yapısının ve sağlık riskinin değerlendirilmesi

Kadir ULUTAŞ

Yeni önerilmiş ikili fare sürüsü algoritması

Emine BAŞ

Maksimum ve kalıcı yer değiştirme talepleri açısından TBDY 2018 ve DBYBHY 2007 deprem yönetmeliklerinin karşılaştırılması

Ahmet DEMİR

Kırsal alanlarda elektrik temini için şebekeden bağımsız mobilite güneş enerjisi üretimi analizi: Şanlıurfa Türkiye’de bir uygulama çalışması

Batur Alp AKGÜL, Fatih ALİSİNANOĞLU, Sadettin OZYAZICI, Muhammet Fatih HASOĞLU, Bülent HAZNEDAR

Atık kauçuk agregalı betonların mekanik ve durabilite özellikleri üzerine bir inceleme

Arif YILMAZOĞLU, Salih YILDIRIM

Yüksek oranda sülfat içeren uçucu küllerin klinker ikame malzemesi olarak kullanılabilirliğinin incelenmesi

Murat SAYDAN, Furkan TÜRK, Ülkü Sultan KESKİN, Hilal SAY

Badem kabuğu atığı dolgulu epoksi biyokompozit özelliklerinin incelenmesi

Nimet ÖZMERAL, Süheyla KOCAMAN, Ülkü SOYDAL, Gülnare AHMETLİ

Covid-19 pandemisinin oluşturduğu davranış değişikliklerinin elektrik tüketimleri ve fider yükleri üzerindeki etkisi: bir elektrik dağıtım fideri üzerinde vaka çalışması

Hüseyin ÖZTÜRK, Kıvanç BAŞARAN

Hazne öncesi kıvılcım ateşlemesi: ön yanma odalı valf fonksiyonlarının güvenilirlik analizi

Faraz AKBAR, Sarah ZAKİ

NiTi alaşımının hidrotermal liç işlemi sırasında farklı mineral asitlerin etkisi

Muhammed İhsan ÖZGÜN, Ahmet Burçin BATIBAY, Bayram ÜNAL, Yasin Ramazan EKER, Arslan TERLEMEZ