Effect of filler ratio on selected properties of composite material produced with recycled plastic and glass powder

Yıl 2025, Cilt: 15 Sayı: 1, 64 - 74, 15.03.2025

Bekir Cihad Bal , Nasır Narlıoğlu

Öz

The recycling of materials that do not decompose quickly in nature has attracted considerable attention in recent years, and as a result of this interest, the recycling of materials such as plastic, metal, and glass has significantly increased. In this study, composites were produced by recycling plastic chair waste and glass bottle waste. The waste glass powder filler added to the plastic for composite production was determined at the rates of 0-15-30-45-60% by weight. The resulting mixtures were broken into granules after mixing waste plastic and glass powder in the extruder. Then, the granules were molded into sheet form in a hot press. Then, selected mechanical properties of the sheets and their thermal properties were determined. According to the obtained data, as the glass powder increased, the bending and tensile strengths of the sheets as well as the elongation values decreased whereas density, bending modulus and tensile modulus increased. According to the results of differential scanning calorimetry (DSC) analysis, it was understood that the waste plastic chair used as the polymer matrix was a mixture of linear low density polyethylene (LLDPE) and polypropylene (PP). In addition, enthalpy values generally decreased due to the increase in glass powder ratio in the mixture. According to thermogravimetric analysis (TGA) results, the addition of glass powder into plastic slightly reduced thermal decomposition temperatures.

Anahtar Kelimeler

Waste glass, Waste plastic, Recycling, Composite, Mechanical property, Thermal property

Geri dönüştürülmüş plastik ve cam tozu ile üretilen kompozit malzemenin seçili özellikleri üzerine dolgu oranının etkisi

Öz

Doğada kısa sürede bozunmayan malzemelerin geri dönüşümü son yıllarda oldukça ilgi görmüş, bu ilgi sonucunda plastik, metal ve cam gibi malzemelerin geri dönüşümü önemli ölçüde artmıştır. Bu çalışmada, plastik sandalye atıkları ve cam şişe atıklarının geri dönüştürülmesiyle kompozitler üretildi. Kompozit üretimi için plastiğe eklenen atık cam tozu dolgusu, ağırlıkça %0-15-30-45-60 oranlarında belirlendi. Atık plastik ve cam tozunun ekstruderde karıştırılmasıyla elde edilen karışımlar granül haline getirildi. Sonra, granüller sıcak preste kalıplanarak levha formuna dönüştürüldü. Ardından, levhaların bazı fiziksel ve mekanik özelliklerinin yanı sıra termal özellikleri belirlendi. Elde edilen verilere göre, kompozit karışımındaki cam tozu dolgusu arttıkça levhaların eğilme ve çekme dirençlerinin yanı sıra kopmada uzama değerleri azalmış, buna karşılık yoğunluğu, eğilme modülü ve çekme modülü artmıştır. Diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) analizi sonuçlarına göre, polimer matris olarak kullanılan atık plastik sandalyenin doğrusal düşük yoğunluklu polietilen (DDYPE) ve polipropilenden (PP) karışımı olduğu anlaşılmıştır. Ayrıca, karışımdaki cam tozu oranı artışına bağlı olarak entalpi değerleri genel olarak azalmıştır. Termogravimetrik analiz (TGA) sonuçlarına göre, plastik içerisine cam tozu eklenmesi termal ayrışma sıcaklıklarını bir miktar azaltmıştır.

Anahtar Kelimeler

Atık cam, Atık plastik, Geri dönüşüm, Kompozit, Mekanik özellik, Termal özellik

Etik Beyan

Bu makalenin yazarları, bu çalışmada kullanılan materyal ve yöntemlerin etik kurul izni ve / veya yasal-özel izin gerektirmediğini beyan etmektedir.

Destekleyen Kurum

Bo çalışma için hiç bir kurumdan destek alınmamıştır

Kaynakça

• Altuntaş, E., ve Arıkan, A. K. (2022). Odun-plastik kompozit malzemelerde genleştirilmiş perlit kullanımının araştırılması. Mobilya ve Ahşap Malzeme Araştırmaları Dergisi, 5(2), 142-154. doi:10.33725/mamad.1208112
• ASTM D 638., (2004). Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics, ASTM International, West Conshohocken, PA. 1–24s.
• ASTM D 790., (2004). Flexural Properties of Unreinforced and Reinforced Plastics and Electrical Insulating Materials, ASTM International, West Conshohocken, Philadelphia, PA. 1–9s.
• ASTM D 792, (2004), Standard Test Method for Density and Specific Gravity (Relative Density) of Plastics by Displacement, ASTM D 792, Annual Book of American Society for Testing and Materials (ASTM) Standards, Philadelphia (2007).
• Awad, A. H., Abd El-Wahab, A. A., El-Gamsy, R., & Abdel-latif, M. H. (2019). A study of some thermal and mechanical properties of HDPE blend with marble and granite dust. Ain Shams Engineering Journal, 10(2), 353-358. doi: 10.1016/j.asej.2018.08.005
• Bal, B. C. (2022a). Mechanical Properties of Wood-plastic Composites Produced with Recycled Polyethylene, Used Tetra Pak® Boxes, and Wood Flour, BioResources, 17(4), 6569-6577. doi: 10.15376/biores.17.4.6569-6577
• Bal, B. C. (2022b). Lineer düşük yoğunluklu polietilen (LDYPE) ve odun unu ile üretilen kompozit malzemenin bazı mekanik özellikleri üzerine bir araştırma. Mobilya ve Ahşap Malzeme Araştırmaları Dergisi, 5(1). 40-49. doi: 10.33725/mamad.1126534
• Bal, B. C., Altuntaş, E., Narlıoğlu, N. (2023). Some selected properties of composite material produced from plastic furniture waste and wood flour. Furniture and Wooden Material Research Journal, 6(2). 233-244. doi: 10.33725/mamad.1384214
• Bal B.C. ve Ayata Ü. (2024). Atık cam unu ve geri dönüştürülmüş polipropilen ile üretilen kompozit malzemeler üzerinde bazı yüzey özelliklerinin araştırılması, Avrasya 10th international conference on applied sciences, 2-5. 05.2024.Tiblis, Gürcistan.
• Berger, M. J., & Stark, N. M. (1997). Investigations of species effects in an injection-molding-grade, wood-filled polypropylene, In The fourth international conference on wood fiber-plastic composites (pp. 19-25).
• Bhaskar, K. B., Devaraju, A., & Paramasivam, A. (2021). Experimental investigation of glass powder reinforced polymer composite. Materials Today: Proceedings, 39, 484-487.
• Çavus, V. (2020. Selected properties of mahogany wood flour filled polypropylene composites: the effect of maleic anhydride-grafted polypropylene (MAPP). BioResources, 15(2), 2227-2236. doi: 10.15376/biores.15.2.2227-2236
• Essabir, H., Bensalah, M. O., Bouhfid, R., & Qaiss, A. (2014). Fabrication and characterization of apricot shells particles reinforced high density polyethylene based bio-composites: mechanical and thermal properties. Journal of Biobased Materials and Bioenergy, 8(3), 344-351. doi: 10.1166/jbmb.2014.1447
• Fiore, V., Botta, L., Scaffaro, R., Valenza, A., & Pirrotta, A. (2014). PLA based biocomposites reinforced with Arundo donax fillers. Composites Science and Technology, 105, 110-117. doi: 10.1016/j.compscitech.2014.10.005
• Fonseca, C. A., & Harrison, I. R. (1998). An investigation of co-crystallization in LDPE/HDPE blends using DSC and TREF. Thermochimica Acta, 313(1), 37-41. doi: 10.1016/S0040-6031(97)00465-6 Heriyanto, Pahlevani, F., & Sahajwalla, V. (2018). Waste glass powder–Innovative value-adding resource for hybrid wood-based products. Journal of cleaner production, 195, 215-225, doi: 10.1016/j.jclepro.2018.05.205
• Mustapha, K., Ayinla, R., Ottan, A. S., & Owoseni, T. A. (2020). Mechanical properties of calcium carbonate/eggshell particle filled polypropylene Composites. MRS Advances, 5(54-55), 2783-2792.
• Narlıoğlu, N., Çetin, N. S., & Alma, M. H. (2018). Karaçam testere talaşının polipropilen kompozitlerin mekanik özelliklerine etkisi. Mobilya ve Ahşap Malzeme Araştırmaları Dergisi, 1(1), 38-45. doi: 10.33725/mamad.433532
• Narlıoğlu, N. (2021). Gürgen (Carpinus betulus L.) odunu zımpara tozunun termoplastik kompozit üretiminde değerlendirilmesi. Mobilya ve Ahşap Malzeme Araştırmaları Dergisi, 4(1), 9-18. doi:10.33725/mamad.927157
• Saikrishnan, S., Jubinville, D., Tzoganakis, C., & Mekonnen, T. H. (2020). Thermo-mechanical degradation of polypropylene (PP) and low-density polyethylene (LDPE) blends exposed to simulated recycling. Polymer Degradation and Stability, 182, 109390, doi: 10.1016/j.polymdegradstab.2020.109390
• Sadik, W. A., El-Demerdash, A. G. M., Abokhateeb, A. E., & Elessawy, N. A. (2021). Innovative high-density polyethylene/waste glass powder composite with remarkable mechanical, thermal and recyclable properties for technical applications. Heliyon, 7(4), doi: 10.1016/j.heliyon.2021.e06627
• Scoppio, A., Cavallo, D., Müller, A. J., & Tranchida, D. (2022). Temperature modulated DSC for composition analysis of recycled polyolefin blends. Polymer Testing, 113, 107656, doi:10.1016/j.polymertesting.2022.107656 Sirin, M., Zeybek, M. S., Sirin, K., & Abali, Y. (2022). Effect of gamma irradiation on the thermal and mechanical behaviour of polypropylene and polyethylene blends. Radiation Physics and Chemistry, 194, 110034, doi: 10.1016/j.radphyschem.2022.110034
• Stark, N. M., & Matuana, L. M. (2004). Surface chemistry and mechanical property changes of wood‐flour/high‐density‐polyethylene composites after accelerated weathering. Journal of Applied Polymer Science, 94(6), 2263-2273.
• Sun, Z., Ma, Y., Xu, Y., Chen, X., Chen, M., Yu, J., Hu, Shuchun., & Zhang, Z. (2014). Effect of the particle size of expandable graphite on the thermal stability, flammability, and mechanical properties of high‐density polyethylene/ethylene vinyl‐acetate/expandable graphite composites. Polymer Engineering & Science, 54(5), 1162-1169. doi:10.1002/pen.23659
• Zhang, S., Cao, X. Y., Ma, Y. M., Ke, Y. C., Zhang, J. K., & Wang, F. S. (2011). The effects of particle size and content on the thermal conductivity and mechanical properties of Al2O3/high density polyethylene (HDPE) composites. Express Polymer Letters, 5(7), 581-590.