Evaluation of the Effect of Banana Peel Waste on the Performance of Polymer Composites

Year 2025, Volume: 25 Issue: 3, 613 - 620, 10.06.2025

Hasan Polat

https://doi.org/10.35414/akufemubid.1563164

Abstract

In this study, the effects of agricultural waste filler material and its different ratios on the physical and mechanical properties of polymer composite materials were examine. In the produced polymer composite samples, waste banana peel powder (BP) was used as the filler material, and a flame-retardant casting-type unsaturated polyester resin was used as the matrix. A total of five different polymer composite sample groups, including the control group (0%), were produced for the fabrication of polymer composite samples at 0%, 25%, 50%, 75%, and 100% replacement ratios. The apparent density, water absorption, porosity, compressive strength, ultrasonic pulse velocity, and UL94 vertical burning test properties of the polymer composite samples were tested. When the experimental results were examined, a decrease in apparent density and ultrasonic pulse velocity values was observed, while an increase in water absorption and porosity values was noted. Additionally, while a decrease in compressive strength values was observed, it was determined that all sample groups exhibited V0 characteristics in the UL94 vertical burning test. This study has demonstrated that waste banana peels are a potentially low-cost filler material for polymer composites and can be used in applications requiring medium-strength yet lightweight materials.

Keywords

Waste banana peel , physical properties , mechanical properties , polymer composite

Muz Kabuğu Atıklarının Polimer Kompozitlerin Performansına Etkisinin Değerlendirilmesi

Abstract

Bu çalışmada tarımsal atık dolgu malzemesinin ve farklı oranlarının polimer kompozit malzemelerin fiziksel ve mekanik özellikleri üzerindeki etkisi incelendi. Üretilen polimer kompozit numunelerde dolgu malzemesi olarak atık muz kabuğu tozu (MK), matris olarak alev almayan döküm tipi doymamış polyester reçine kullanıldı. Polimer kompozit numunelerin üretiminde %0, %25, %50, %75 ve %100 olmak üzere kontrol grubu (%0) dahil toplamda 5 farklı polimer kompozit numune grubu oluşturuldu. Polimer kompozit numunelerin görünür yoğunluk, su emme, porozite, basınç dayanımı, ultrases geçiş hızı ve UL94 dikey yanma testi özellikleri test edildi. Deneysel sonuçlar incelendiğinde görünür yoğunluk, ultrases geçiş hızı değerlerinde azalma elde edilirken, su emme ve porozite değerinde artış görüldü. Ayrıca basınç dayanımı değerlerinde azalma meydana gelirken, tüm numune gruplarının UL94 dikey yanma testinde V0 özellikleri taşıdığı belirlendi. Bu çalışma atık muz kabuklarının polimer kompozitler için potansiyel olarak düşük maliyetli bir dolgu malzemesi olduğunu ve orta mukavemetli ancak hafif malzemeler gerektiren alanlarda kullanılabileceğini göstermiştir.

Keywords

Atık muz kabuğu , fiziksel özellikler , mekanik özellikler , ; polimer kompozitler

Ethical Statement

Bu çalışma için Etik Kurul Kararı gerekmemektedir.

References

• Akbaş, S., Tufan, M., Güleç, T., Taşçıoğlu, C., Peker, H., 2013. Fındık kabuklarının polipropilen esaslı polimer kompozit üretiminde değerlendirilmesi. Artvin Çoruh Üniversitesi Orman Fakültesi Dergisi, 14 (1), 50-56.
• ASTM C597-16. 2016. Standard Test Method for Pulse Velocity through Concrete. American Society for Testing Materials.
• Avşar, Y., and Çevik, B., 2023. Biyokompozit üretiminde takviye elemanı olarak kullanılan tarımsal atıkların incelenmesi ve Türkiye’deki tarımsal atık potansiyeli. Düzce Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 1(1), 15-25.
• Aydoğan, B., and Usta, N., 2015. Nano kil ve kabaran alev geciktirici ilavesinin rijit poliüretan köpük malzemelerin ısıl bozunma ve yanma davranışlarına etkilerinin incelenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 30(1), 9-18. Barczewski, M., Mysiukiewicz, O., and Kloziński, A., 2018. Complex modification effect of linseed cake as an agricultural waste filler used in high density polyethylene composites. Iranian Polymer Journal, 27, 677-688. https://doi.org/10.1007/s13726-018-0644-3
• Beskopylny, A. N., Stel’makh, S. A., Shcherban’, E. M., Mailyan, L. R., Meskhi, B., Shilov, A. A., Chernil’nik, A., and El’shaeva, D., 2023. Effect of walnut-Shell additive on the structure and characteristics of concrete. In Materials, 16, 4. 1752 https://doi.org/10.3390/ma16041752
• Boopalan, M., Niranjanaa, M., and Umapathy, M. J., 2013. Study on the mechanical properties and thermal properties of jute and banana fibre reinforced epoxy hybrid composites. Composites Part B: Engineering, 51, 54-57. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2013.02.033
• Borazan, A. A., Gokdai, D., Acikgoz, C., and Adiguzel, D. A., 2017. The influence of chemically pre-treated chestnut waste and pinecone filler content on the properties of polyester composites. Environment and Ecology Research, 5(3), 235-243. https://doi.org/10.13189/eer.2017.050309
• Balaji, N. S., Jayabal, S., and Kalayana Sundaram, S., 2016. Study on mechanical properties of corn‐cellulose fibers reinforced polyester composites. In Macromolecular Symposia. 361, No. 1, 42-46. https://doi.org/10.1002/masy.201400241
• Barczewski, M., Sałasińska, K., and Szulc, J., 2019. Application of sunflower husk, hazelnut shell and walnut shell as waste agricultural fillers for epoxy-based composites: A study into mechanical behaviour related to structural and rheological properties. Polymer Testing, 75, 1-11. https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2019.01.017
• Ferrante, A., Santulli, C., and Summerscales, J., 2020. Evaluation of tensile strength of fibres extracted from banana peels. Journal of Natural Fibers.17, 10, 1519-1531. https://doi.org/10.1080/15440478.2019.1582000
• Isitman, N. A., Kaynak, C., 2012. Effect of partial substitution of aluminum hydroxide with colemanite in fire retarded low-density polyethylene. Journal of Fire Sciences, 31(1), 73–84. https://doi.org/10.1177/0734904112454835
• Kaya, M., 1998. Alev geciktirici ve duman bastırıcı katkı maddeleri. Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Mühendislik ve Mimarlık Fakültesi Dergisi, 11(2), 77–88.
• Kartal, İ., Naycı, G., and Demirer, H., 2019. Kestane/Gürgen Talaşı Dolgulu Vinil ester Kompozitlerin Mekanik Özelliklerinin İncelenmesi. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, 16, 723-728. https://doi.org/10.31590/ejosat.566756
• Kolak, M. N., and Oltulu, M., 2023. Investigation of mechanical and thermal properties of new type bio-composites containing camelina. Construction and Building Materials, 362, 129779. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2022.129779
• Kolak, M. N., and Oltulu, M. (2023). Effect of expanded perlite addition on the thermal conductivity and mechanical properties of bio-composites with hemp-filled. Journal of Building Engineering, 71, 106515. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2023.106515
• Mo, K. H., Thomas, B. S., Yap, S. P., Abutaha, F., and Tan, C. G., 2020. Viability of agricultural wastes as substitute of natural aggregate in concrete: A review on the durability-related properties. Journal of Cleaner Production, 275, 123062. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.123062
• Mohamed, G. R., Mahmoud, R. K., Shaban, M., Fahim, I. S., Abd El Salam, H. M., and Mahmoud, H. M., 2023. Towards a circular economy: valorisation of banana peels by developing bio-composites thermal insulators. Scientific Reports, 13(1), 12756. https://doi.org/10.1038/s41598-023-37994-1
• Naguib, H. M., Kandil, U. F., Hashem, A. I., and Boghdadi, Y. M., 201. Effect of fiber loading on the mechanical and physical properties of “green” bagasse–polyester composite. Journal of Radiation Research and Applied Sciences, 8(4), 544-548. https://doi.org/10.1016/j.jrras.2015.06.004
• Öztürk, N.K., Öztürk, S., Sütçü, M., Sever, K., 2015. Fındıkkabuğu ve evsel çay atığı katkılı yüksek yoğunluklu polietilen kompozitlerin fiziksel ve mekaniksel özelliklerinin belirlenmesi XIX. ulusal mekanik kongresi, 24-28 Ağustos, Karadeniz Teknik Üniversitesi, Trabzon.
• Polat, H., Demirel, B., Kolak, M. N., Oltulu, M. 2020. Polimer betonlarda barit minerali kullanımının araştırılması. Bingöl Üniversitesi Teknik Bilimler Dergisi, 1(1), 25–32.
• Polat, H., Üstün, İ., Şafak, A., & Çakılcıoğlu, A. N., 2023. Atık tuğla tozunun polimer betonda katkı malzemesi olarak kullanımı: mekanik özelliklerin incelenmesi. Recep Tayyip Erdoğan Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 4(2), 76-86. https://doi.org/10.53501/rteufemud.1306484
• Kolak, M. N. And Oltulu, M. 2021. Atık Malzeme İçeren Polimer Bazlı Kompozitlerin Isıl İletkenlik Özelliklerinin İncelenmesi. International Journal of Engineering Research and Development, 13(2), 310-320. https://doi.org/10.29137/umagd.822265
• Rubiaceae, M. C. L, and Shami, A. M. M., 2015. SM Gr up annals of chromatography and separation techniques isolation and identification of anthraquinones extracted From. 1(3): 3–5. https://doi.org/10.36876/acst.1012
• Satapathy, S., and Kothapalli, R. V., 2018. Mechanical, dynamic mechanical and thermal properties of banana fiber/recycled high density polyethylene biocomposites filled with flash ecospheres. Journal of Polymers and the Environment, 26, 200-213. https://doi.org/10.1007/s10924-017-0938-0
• Sutivisedsak, N., Cheng, H. N., Burks, C. S., Johnson, J. A., Siegel, J. P., Civerolo, E. L., and Biswas, A., 2012. Use of nutshells as fillers in polymer composites. Journal of Polymers and the Environment, 20, 305-314. https://doi.org/10.1007/s10924-012-0420-y
• Taurino, R., Bondioli, F., and Messori, M., 2023. Use of different kinds of waste in the construction of new polymer composites. Materials Today Sustainability, 21, 100298. https://doi.org/10.1016/j.mtsust.2022.100298
• Topuz, S., and Orhan, R., 2022. Şeftali çekirdeği kabuğunun polyester esaslı kompozitin bazı mekanik özellikleri üzerine etkisi. Fırat Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 34(2), 565-577. https://doi.org/10.35234/fumbd.1089106
• TS EN 12390-3. 2019. Beton- Sertleşmiş beton deneyleri- Bölüm 3: Deney numunelerinin basınç dayanımının tayin. Türk Standartları Enstitüsü, Ankara. TS EN 196-1., 2016. Çimento Deney Metotları- Bölüm 1: Dayanım Tayini. Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.
• TS EN 1170-6 Cam elyaf takviyeli çimento için deney yöntemleri- Bölüm 6: Daldırma yoluyla su emiliminin tayini ve kuru yoğunluğun tayini. Türk Standartları Enstitüsü, Ankara. TS EN 60695-11-10. 2014. Yangın tehlikesi deneyi- Bölüm 11-10: Deney alevleri- 50 w’lık yatay ve düşey alev deney metotları.
• Ulutaş, E., and Taşdemir, M., 2024. Polipropilenin mekanik özelliklerine muz ve pirinç kabuğu tozlarının etkilerinin incelenmesi. Journal of the Institute of Science and Technology, 14(3), 1310-1319. https://doi.org/10.21597/jist.1455636
• Yıldız, A. B., Çetinkaya, K., 2012. Banana fiber and pet bottles waste reinforced polymer composites. Usak University Journal of Material Sciences, 1(1), 29-34.