The Production of Sustainable Low Density Composite Insulation Boards with Vegetable Fibre from Forestry and Agricultural Wastes

Öz

In order to improve the resource generation level of forest and agricultural wastes, it was aimed to use fibrous organic isolation components by choosing pinecones whose seeds have been removed to be used in planting saplings and sunflower stems which need to be removed from the field in order to plant the next crop of sunflower after completing harvesting process. A lot of research is carried out to take advantage of the raw material potential of composite panel products. This study aims to produce an environmentally friendly composite low-density insulation board which can be utilized in structural activities by recycling pinecones and sunflower stems with sustainable vegetable fiber from forestry and agricultural wastes. The highest coefficient of thermal conductivity was found as 147,67 W/mK in samples with a thickness of 40 mm in pinecones with added sunflower stems; the thermal conductivity coefficient was determined as 2,94 W/m2K in samples with a thickness of 50 mm in pinecone. The highest adhesive strength was determined as 162,21 N/mm2 in samples with a thickness of 40 mm in the pinecone with added sunflower stems. The modulus of elasticity was found as 292,05 MPa in samples with a thickness of 40 mm in the pinecone with added sunflower; vertical adhesive strength of the pinecone was determined as 81.89 N/mm2 in samples with a thickness of 50 mm; screw withdrawal resistance was determined as 68,89 N/mm2 in samples with a thickness of 50 mm in pinecones with added sunflower stems.

Anahtar Kelimeler

• Sustainability
• composite
• waste
• pine cone
• sunflower stalk

Orman ve Tarım Atıklarından Sürdürülebilir Bitkisel Lifli Düşük Yoğunluklu Kompozit İzolasyon Levhası Üretimi

Öz

Orman ve tarım atıklarının kaynak oluşturma seviyesini iyileştirmek amacıyla fidan dikiminde kullanılmak üzere tohumları alınmış çam kozalakları ile hasat süreci tamamlanmış ayçiçeğinin sonraki ürün ekilebilmesi için tarladan uzaklaştırılması gereken ayçiçeği saplarının tercihiyle lifli organik izolasyon bileşenleri kullanılması amaçlanmıştır. Kompozit panel ürünlerinin hammaddesi olma potansiyeli fikrinden yararlanmak için birçok araştırmalar yapılmaktadır. Bu makalede, orman ve tarım atıklarından olan çam kozalağı ile ayçiçeği sapı, sürdürülebilir bitkisel lifli geri dönüştürerek yapısal faaliyetlerde uygulanabilir çevre dostu kompozit düşük yoğunluklu izolasyon levhası üretimi amaçlanmıştır. En yüksek, ısı iletkenlik katsayısı çam kozalağına %6 ayçiçeği sapı katkılı 40 mm kalınlığındaki örneklerde 147,67 W/mK; ısı geçirgenlik katsayısı çam kozalağı 50 mm kalınlığındaki örneklerde 2,94 W/m2K tespit edilmiştir. En yüksek eğilme direnci çam kozalağına %6 ayçiçeği sapı katkılı 40 mm kalınlığındaki örneklerde 162,21 N/mm2; elastikiyet modülü çam kozalağına %6 ayçiçeği sapı katkılı 40 mm kalınlığındaki örneklerde 292,05 MPa; yüzeye dik çekme direnci çam kozalağı 50 mm kalınlığındaki örneklerde 81,89 N/mm2; vida tutma direnci çam kozalağına %6 ayçiçeği sapı katkılı 50 mm kalınlığındaki örneklerde 68,89 N/mm2 tespit edilmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Sürdürülebilirlik
• kompozit
• atık
• çam kozalağı
• ayçiçeği sapı

Kaynakça

1. Perez-Lombard L, Ortiz J, Pout C, A review on buildings energy consumption information. Energy Building. 2008, 40, 394–398
2. Directive 2010/30/EU of the European Parliament and of the Council. Indication by labelling and standard product information of the consumption of energy and other resources by energy-related products. Off. J. Eur. Union 2010, 153, 1–2.
3. International Energy Agency, Key World Energy Statistics; International Energy Agency: Strasbourg, France, 2006.
4. Gaspar F, Bakatovich, A, Davydenko N, Joshi A, Building insulation materials based on agricultural wastes. In Bio-Based Materials and Biotechnologies for Eco-Efficient Construction; Woodhead Publishing Series in Civil and Structural Engineering; Woodhead Publishing: Duxford, UK,;2020, pp. 149–170.
5. Islam S, Bhat G, Environmentally-friendly thermal and acoustic insulation materials from recycled textiles. J. Environ. Manag.,2019, 251, 109536.
6. Ricciardi P, Belloni E, Cotana F, Innovative panels with recycled materials: Thermal and acoustic performance and life cycle assessment. Appl. Energy, 2014, 134, 150–162.
7. Erkmen J, Yavuz, HI, Kavci E, Sari M, A new environmentally friendly insulating material designed from natural materials. Constr. Build. Mater., 2020, 255, 119357.
8. Volf M, Diviš J, Havlík F, Thermal, moisture and biological behaviour of natural insulating materials. Energy Procedia, 2015, 78, 1599–1604.

9. Cornaro C, Zanella V, Robazza P, Belloni E, Buratti C, An innovative straw bale wall package for sustainable buildings: Experimental characterization, energy and environmental performance assessment. Energy Build., 2020, 208, 109636.Directive, C. (2010).
10. Mamo S, Skaar C, Gradeci K, Labonnote N, Assessment of greenhouse gas emissions of ventilated timber wall constructions based on parametric LCA. J. Clean. Prod., 2018, 197, 34–46.
11. Yepes V, Martí V, Pons JJ, Penad V, Life cycle assessment of earth-retaining walls: An environmental comparison. J. Clean. Prod., 2018, 192, 411–420.
12. Ricciardi P, Torchia F, Belloni E, Lascaro E. Buratti C, Environmental characterisation of coffee chaff, a new recycled material for building applications. Constr. Build. Mater., 2017, 147, 185–193.
13. Bakatovich A, Davydenko N, Gaspar F, Thermal insulating plates produced on the basis of vegetable agricultural waste. Energy Build., 2018, 180, 72–82.
14. Lu J, Zhou Y, He P. Wang S, Shen P, Poon,CS, Sustainable reuse of waste glass and incinerated sewage sludge ash in insulating building products: Functional and durability assessment. J. Clean. Prod., 2019, 236, 117635.
15. El-Naggar KAM, Amin SK, El-Sherbiny SA, Abadir MF, Preparation of geopolymer insulating bricks from waste raw materials. Constr. Build. Mater., 2019, 222, 699–705.
16. Perçin O, Cam elyaf file ile güçlendirilen tabakalı kaplama kerestenin (TKK) bazı mekanik özellikleri üzerine bir araştırma, Mobilya ve Ahşap Malzeme Araştırmaları Dergisi, 2022, 5 (1), 17-28.
17. Bal BC, Lineer düşük yoğunluklu polietilen (LDYPE) ve odun unu ile üretilen kompozit malzemenin bazı mekanik özellikleri üzerine bir araştırma, Mobilya ve Ahşap Malzeme Araştırmaları Dergisi, 2022, 5 (1), 40-49.
18. Türkiye Orman Varlığı 2020, T.C. Tarım ve Orman Bakanlığı Orman Genel Müdürlüğü Orman İdaresi ve Planlama Dairesi Başkanlığı, 2021, ISBN 978-605-7599-68-1.
19. Ayçiçeği Tarım Ürünleri Piyasaları Raporu 2022, Hazırlayan / Prepared By: P. BOZER, F. Tuğba ÇÖTELİ, Nihal GÜLAÇ, Tarımsal Ekonomi ve Politika Geliştirme Enstitüsü / TEPGE, https://arastirma.tarimorman.gov.tr/tepge, 2022.
20. Micales JA, Han JS, Davis JL, Young RA, Chemical composition and fungitoxic activities of pine cone extractives, Biodeterioration Research 4, Editted by G.C. LLEWELLYN et al., Plenum Pres, 1994, 317-332.
21. Kaymakçı A, Ayrılmış N, Güleç T, (2013), Sunflower filled PP, BioResources, 2013, 8(1), 592-602.
22. Lόpez F, Eugenio ME, Díaz MJ, Nacimiento, JA, García, MM, and Jiménez L, Soda pulping of sunflower stalks: Influence of process variables on the resulting pulp,” Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 2005, 11, 387-394.
23. TS EN 323, Ahşap esaslı levhalar, Birim hacim ağırlık tayini, TSE, 1999.
24. TS EN 322, Ahşap esaslı levhalar, Rutubet tayini, TSE, 1999.
25. TS EN 12667, Yapı malzemeleri ve mamullerinin ısıl performansı-Mahfazalı sıcak plaka ve ısı akış sayacı metotlarıyla ısıl direnci tayini Yüksek ve orta ısıl dirençli mamuller, TSE 2003.
26. TS EN 310, Ahşap esaslı levhalar, Eğilme dayanımı ve eğilme elastikiyet modülünün tayini, TSE, 1999.
27. TS EN 319, Levha yüzeyine dik çekme dayanımı tayini, TSE, 1999.
28. TS EN 13446, Ahşap esaslı levhalar bağlayıcıların geri çıkma kapasitesinin tayin, TSE, 2005.
29. Efe FT, Ayçiçeği bitkisi (Helianthus Annuus L.) saplarının izolasyon levha üretiminde Kullanılabilirliğinin Araştırılması, Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, ss 201, 2011.
30. Doğan NN, Doğal ağaç taneni ile modifiye edilmiş bazı ağaç türlerinde ısı geçirgenliğinin incelenmesi, Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, ss 85, 2021.
31. Şen Hİ, Karton ve ahşap esaslı malzemeler ile üretilen panellerin bazı fiziksel ve mekanik özellikleri, Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, ss 74, 2023.
32. Uğur C, Endüstriyel lignoselülozik artıklardan çevreye duyarlı kompozit malzeme üretiminin araştırılması, Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, ss 147, 2021.
33. Demir İ, Bazı selülozik esaslı sekonder lifsel hammaddeler katılarak üretilmiş alçı esaslı kompozitlerin teknolojik özelliklerinin araştırılması, Isparta Uygulamalı Bilimler Üniversitesi, Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, ss 113, 2019.
34. Altınok M, Kılıç A, Rulo laminatı (Continue press lamimate) ile kaplanmış yonga levhanın bazı mekanik performanslarının belirlenmesi, G.Ü. Fen Bilimleri Dergisi, 16(3): 559-566, 2003.