Silan Modifiye Mermer Toz Atıklarının Epoksi Polimer Özelliklerine Etkilerinin Araştırılması

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

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

References

1. [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. [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. [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. [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. [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. [6] Taş B., Çakır M. Marble industry and environmental problems in Iscehisar district. Eastern Geographical Review, 2015, 34, 25–34.
7. [7] Tosun İ.Y. Mermer Toz Atıklarının Temizlenmesi. Doğal Yapı ve Kaplama Taşı Mermer Teknolojisi Dergisi, 1996, Sayı: 1, 15-18
8. [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. [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. [10] Stone, Doğal Taş ve Endüstri Kataloğu. 2007, s:242-249
11. [11] Uçurum M. Kaplı kalsit üretimi ve ürün özellikleri, MT Bilimsel Yer Altı Kaynakları Dergisi, 2014, 6, 1-10
12. [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
13. [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
14. [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
15. [16] Otles M.S. Modification of surface properties of biopowders by dry particle coating, PhD Thesis, 2008, Université de Toulouse
16. [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
17. [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
18. [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
19. [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
20. [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
21. [22] Witucki G.L. A silane primer: Chemistry and applications of alkoxy silanes. Journal of Coatings Technology, 1993, 65 (822), 57–60
22. [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
23. [24] Yoshihara I., Pieper W. Hybridization technology for surface modification of powders without binders. Swiss Pharma 1999, 6, 21
24. [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.
25. [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
26. [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