Silan Modifiye Mermer Toz Atıklarının Epoksi Polimer Özelliklerine Etkilerinin Araştırılması

Year 2019, , 712 - 725, 30.09.2019

Süleyman Akpınar , Atilla Evcin

https://doi.org/10.31202/ecjse.575067

Cited By: 1

Abstract

Sanayi
faaliyetleri, büyük miktarda katı atıkların (kâğıt ve tekstil endüstrileri,
petrol atığı, kentsel atıklar, mermer atıkları, küller, vb.) üretilmesinden
sorumludur. Günümüzde, endüstriyel üretimde atık olarak ortaya çıkan
malzemelerin geri dönüşümü ile üretimde tekrar kullanımı önemli araştırmalara
konu olmaktadır. Bu araştırmalarda atıklardan yeni ürünler elde edilmesi veya
bunların katkı maddesi olarak kullanılması amaçlanmaktadır. Bu sayede, sınırlı
olan doğal kaynakların kullanımının azaltılarak doğanın tahribatının önlenmesi,
üretimdeki verimliliğin arttırılması ve atıkların depolanması sonucu oluşacak
çevre problemlerinin en aza indirilmesi hedeflenmektedir.

Ülkemizde
mermer ve bor gibi önemli minerallerin sanayi atıkları mevcuttur. Mermerin
ocaktan çıkarılıp piyasaya işlenmiş ürün olarak sunulmasına kadar çeşitli
aşamalarda farklı boyutlarda ve özelliklerde atıklar meydana gelmektedir.
Mermer atıkları kalsiyum karbonat kaynaklarından birisi olup, plastik, kauçuk
ve boya gibi endüstrilerde dolgu maddesi olarak kullanılabilmekte ve ürünlere
çeşitli özellikler kazandırabilmektedir. Mermer atıklarının dolgu maddesi
olarak kullanılabilmesi için; yüksek derecede hidrofobiklik ve beyazlık
özelliklerine sahip olması ve mikronize boyuta kadar öğütülebilmesi gereklidir.
Çok ince boyutlara öğütülse bile mikronize mermer atığı hidrofilik yapısı
nedeniyle, genellikle plastik endüstrisi gibi alanlarda doğrudan kullanımı çoğu
zaman mümkün olmamaktadır. Bu nedenle, hidrofilik özellikteki mermer atıkları
teknik bir gereklilik olan bir yüzey modifikasyonu işlemi ile hidrofobik hale
getirilmelidir.

Polimer,
pigment ve su bazlı boya üretiminde dolgu maddesi olarak kullanılan, yüksek
yüzey enerjisine ve polaritesine sahip hidrofilik özellikteki kaolen, kalsit,
talk, mika, vollastonit gibi çoğu inorganik oksitler çeşitli kimyasallar ile
yüzey özellikleri değiştirilerek söz konusu ortamlarda kullanılabilmektedir.
Yağ asitleri ve türevleri, surfektantlar, reçine, çeşitli organo-metalik
bileşikler, titanat ve silan gibi çeşitli organik yüzey modifiye edici maddeler
ile oksit yüzeylerindeki hidroksil gruplarının miktarı azaltılarak hidrofilik
türler hidrofobikler ile değiştirebilir.

Bu
çalışmada, doğaya atılan mermer atıklarını değerlendirmek amacı ile
yüzeylerinin çeşitli silan maddeleri ile modifiye edilerek epoksi polimerlerde
dolgu maddesi olarak kullanım imkânı araştırılmıştır. Bu kapsamda; yüzeyleri
modifiye edilen mermer atıklarının polimer yapısına farklı oranlarda ilavesi
ile üretilen numunelerin yüzey özelliklerinin tespiti ile nihai malzeme
özellikleri üzerindeki etkileri incelenmiştir

Keywords

Mermer atıkları, Yüzey modifikasyonu, Silan, Temas Açısı

Supporting Institution

Afyon Kocatepe Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon Birimi

Project Number

18.KARİYER.110

Investigation of the Use of Silane Modified Marble Powder Wastes as Epoxy Polymer Filler

Abstract

Our country has got
important quantity of industrial minerals wastes, such as marble and boron. The
marble wastes at different sizes and properties occur at various stages from
the removal of the marble to the introduction to the market. Marble wastes are
one of the sources of calcium carbonate and can be used as filler in industries
such as plastics, rubber, and paint, and various properties can be imparted to
the products In order to use marble wastes as fillers; they have to be milled
to micronized size and have a hydrophobic property and a high degree of
whiteness. Due to the hydrophilic nature of micronized marble waste, it is
often not possible to use it directly in areas such as the plastics industry,
even if they were ground to very fine sizes. Therefore, hydrophilic marble
wastes should be made hydrophobic by a surface modification process, which is a
technical requirement. Hydrophilic entities can be changed to hydrophobic ones
by reducing the amount of hydroxyl groups on the oxide surfaces using various
modifier agents such as surfactants, resins, fatty acids, and silanes. In this
study, in order to evaluate the marble wastes thrown into the nature, its
surface was modified with various silane materials and the possibility of using
as filler in epoxy polymers was investigated. Surface modification of marble
wastes was performed via silanes such as 3 aminopropyltriethoxysilane
(3-APTES), 3-(trimethoxysilyl) propylmethacrylate (TMPSM) and
N-(2-Aminoethyl)-3-(trimethoxysilyl) propylamine (N2AE-3APTMS) at different
concentrations (1, 5, and 10 mL). The surface properties of the samples
produced by adding different amounts of surface modified marble wastes to
polymer structure and their effects on final material properties were
investigated. When the amount of silane used in the modification was increased
from 1 mL to 10 mL, the contact angle increased. 

Keywords

Marble wastes, Surface modification

Project Number

18.KARİYER.110

References

• [1] Vieira C.M.F., Monteiro S.N. Effect of grog addition on the properties and microstructure of a red ceramic body for brick production. Construction and Building Materials, 2007, 21, 1754-59. doi: 10.1016/conbuildmat.2006.05.013
• [2] Acchar W., Vieira F.A., Hotza D. Effect of marble and granite sludge in clay materials. Materials Science and Engineering A 2006, 419: 306–309. doi: 10.1016/j.msea.2006.01.021
• [3] Ferreira J.M.F., Guedes P.J., Torres P., Manjate R..S., Fernandes H.R. in: Pecchio, et al. (Eds.), Recycling of Industrial Wastes- Overview about Successful Case Studies, Applied Mineralogy, ICAM-BR, Sao Paulo, 2004, p. 33
• [4] Barbieri L., Andreola F., Lancellotti I., Taurino R. Management of agricultural biomass wastes: Preliminary study on characterization and valorisation in clay matrix bricks. Waste Management, 2013, 33, 2307–2315. doi: 10.1016/j.wasman.2013.03.014
• [5] Tarhan B., Tarhan M., Aydın T. Reusing sanitary ware waste products in glazed porcelain tile production. Ceramics International, 2017, 43, 3107–3112. doi: 10.1016/j.ceramint.2016.11.123
• [6] Taş B., Çakır M. Marble industry and environmental problems in Iscehisar district. Eastern Geographical Review, 2015, 34, 25–34.
• [7] Tosun İ.Y. Mermer Toz Atıklarının Temizlenmesi. Doğal Yapı ve Kaplama Taşı Mermer Teknolojisi Dergisi, 1996, Sayı: 1, 15-18
• [8] Kore S.D., Vyas A.K. Impact of marble waste as coarse aggregate on properties of lean cement concrete. Case Studies in Construction Materials, 2016, 4, 85-92. doi: 10.1016/j.cscm.2016.01.002
• [9] DPT Madencilik Özel İhtisas Komisyonu Raporu, Endüstriyel Hammaddeler Alt Komisyonu Genel Endüstri Mineralleri I, Çalışma Grubu Raporu, 2001, DPT:2618- ÖİK:629, 99sf
• [10] Stone, Doğal Taş ve Endüstri Kataloğu. 2007, s:242-249
• [11] Uçurum M. Kaplı kalsit üretimi ve ürün özellikleri, MT Bilimsel Yer Altı Kaynakları Dergisi, 2014, 6, 1-10
• [12] Wang C., Piao C., Zhai X., Hickman F.N., Li J. Synthesis and characterization of hydrophobic calcium carbonate particles via a dodecanoic acid inducing process. Powder Technology, 2010, 198,131–134. doi: 10.1016/j.powtec.2009.10.026[13] Atta A.M., Al-Lohedan H.A., Ezzat A.O., Al-Hussain S.A. Characterization of superhydrophobic epoxy coatings embedded by modified calcium carbonate nanoparticles. Progress in Organic Coatings, 2016, 101, 577–586. doi: 10.1016/j.porgcoat.2016.10.008
• [14] Cao Z., Daly M., Clémence L., Geever L.M., Major I., Higginbotham C.L., Devine D.M. Chemical surface modification of calcium carbonate particles with stearic acid using different treating methods. Applied Surface Science, 2016, 378,320–329. doi: 10.1016/j.apsusc.2016.03.205
• [15] Jeong S.B., Yang Y.C., Chae Y.B., Kim B.G. Characteristics of the treated ground calcium carbonate powder with stearic acid using the dry process coating system. Materials Transactions, 2009, 50, 2, 409-414. doi: 10.2320/matertrans.MRP2008351
• [16] Otles M.S. Modification of surface properties of biopowders by dry particle coating, PhD Thesis, 2008, Université de Toulouse
• [17] Pfeffer R., Dave R.N., Dongguang W., Ramlakhan M. Synthesis of engineered particulates with tailored properties using dry particle coating. Powder Technology, 2001, 117, 40–67. doi: 10.1016/S0032-5910(01)00314-X
• [18] Zhang Y., Fang F., Wang C., Wang L., Wang X., Chu X., Li J., Fang X., Wei Z., Wang X. Hydrophobic modification of ZnO nanostructures surface using silane coupling agent. Polymer Composites, 2014, 35, 6, 1204–1211. doi: 10.1002/pc.22769
• [19] Yusoff S.M., Ahmad M.S.B., Akil H.M., Ariffin K.S,. Ariffin A. Contact angle of untreated-treated kaolin and its correlation with the mechanical properties of PP–kaolin composites. Journal of Reinforced Plastics and Composites, 2010, 29 (23), 3442–3449. doi: 10.1177/0731684410372263
• [20] Materne T., Buyl F., Witucki G.L. Organosilane technology in coating applications: Review and perspectives, 9th Congresso Internacional de Tintas-ABRAFATI 2005, September 14–16, Sao Paulo, Brazil
• [21] Demirbaş Ö., Alkan M., Doğan M., Turhan Y., Namlı H., Turan P. Electrokinetic and adsorption properties of sepiolite modified by 3-aminopropyltriethoxysilane. Journal of Hazardous Materials, 2007, 149, 650–656. doi: 10.1016/j.jhazmat.2007.04.036
• [22] Witucki G.L. A silane primer: Chemistry and applications of alkoxy silanes. Journal of Coatings Technology, 1993, 65 (822), 57–60
• [23] Hu Y., Xiong P., Yang X. Synthesis and characterization of surface-modified tourmaline with aluminic ester. IEIT Journal of Adaptive & Dynamic Computing, 2011, 1(3), 6–11. doi: 10.5813/www.ieit-web.org/IJADC/2011.3.2
• [24] Yoshihara I., Pieper W. Hybridization technology for surface modification of powders without binders. Swiss Pharma 1999, 6, 21
• [25] Tao Q., Su L., Frost L., Zhang D., Chen M., Shen W., He H. Silylation of mechanically ground kaolinite. Clay Minerals, 2014, 49, 559–568.
• [26] Kang J.S., Yu C.L., Zhang F.A. Effect of silane modified SiO2 particles on poly(MMA-HEMA) soap free emulsion polymerization. Iranian Polymer Journal, 2009, 18(12), 927–935
• [27] Arsoy Z., Ersoy B., Dikmen S., Evcin A., Müdüroğlu M. Öğütülmüş talkın damla yayınım yöntemiyle temas açısı ölçümleri ve serbest yüzey enerjisi hesaplamaları, 9.Endüstriyel Hammaddeler Sempozyumu, 2015, İzmir