EFFECT OF BLACK SEED ADDITION AND COMPATIBILIZER CONCENTRATION ON THE MECHANICAL PROPERTIES OF HEMP-CONTAINING POLYPROPYLENE

Öz

Polymers are materials that have gained significant importance in our lives in recent years due to their characteristics such as ease of processing, low cost, and lightweight. The aim of this study is to examine the effect of black cumin addition and compatibilizer concentration on the mechanical properties of polypropoylene (PP) containing 20% hemp by weight. For each group, 20% ground black cumin was added to the PP/20KNR matrix, and MAPP was added at 5%, 10%, and 15% by weight levels successively to increase interfacial adhesion. The melt blending was achieved using an extruder. The polymer composites were pelletized and molded using an injection machine. The effects of black cumin and maleic anhydride grafted PP (MAPP) on the mechanical properties were investigated through tensile testing, Izod impact testing, hardness testing, and density testing. The distribution of black cumin, hemp, and MAPP in the matrix was examined using scanning electron microscopy (SEM).

Anahtar Kelimeler

• Polypropylene
• mechanical properties
• black cumin
• maleic anhydride grafted polypropylene
• hemp

KENEVİR İÇEREN POLİPROPİLENİN MEKANİK ÖZELLİKLERİNE ÇÖREK OTU İLAVESİNİN VE UYUMLAŞTIRICI KONSANTRASYONUNUN ETKİSİ

Öz

Polimerler; kolay işlenebilme, düşük maliyete sahip olma ve hafiflik gibi özelliklerinden dolayı son yıllarda hayatımızda oldukça büyük bir yere sahip olan malzemelerdendir. Bu çalışmanın amacı ağırlıkça (ağ.) %20 oranında kenevir içeren polipropilenin (PP) mekanik özelliklerine çörek otu (ÇO) ilavesinin ve uyumlaştırıcı konsantrasyonunun etkisi incelemektir. Her bir grup için PP/20KNR matris içerisine ağ. %20 oranında öğütülmüş ÇO ve ara yüzey uyumunu arttırmak için sırasıyla ağ. %5, 10, 15 oranlarında maleik anhidrit aşılı PP (MAPP) maddesi eklenmiştir. Eriyik haline getirme ekstrüder ile sağlanmıştır. Polimer kompozitler granül haline getirilerek enjeksiyon makinesi ile kalıplanmıştır. ÇO ve MAPP’nin mekanik özellikler üzerindeki etkileri; çekme testi, izod darbe testi, sertlik testi ve yoğunluk testi ile incelenmiştir. ÇO, kenevir ve MAPP oranlarının matris içerisindeki dağılımı taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile test edilmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Polipropilen
• mekanik özellikler
• çörek otu
• maleik anhidrit aşılı polipropilen
• kenevir

Kaynakça

1. [1] Benek Hamamcı, "Yeşil kompozitlerde biyopolimerlerin kullanımının önemi", Karadeniz Fen Bilimleri Dergisi 8(1), 12-24, 2018
2. [2] Dilara Demirbek ve Meliha Oktav Bulut, "Kenevir Liflerinin Eldesi, Özellikleri ve Kompozit Uygulama Alanları", Bartın University International Journal of Natural and Applied Sciences, 4(2) ,176-191, 2021.
3. [3] Ahmet Güngör, "The effect of Cumin Black (Nigella Sativa L.) as bio-based filler on chemical, rheological and mechanical properties of epdm composites", Turkish Journal of Engineering 7(4), 279-285, 2023.
4. [4] Kadir Karakuş, "Üniversitemizdeki polietilen ve polipropilen atıkların polimer kompozit üretiminde değerlendirilmesi", Diss, Yüksek Lisans Tezi, Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kahramanmaraş, 2008.
5. [5] Zhan Guo, et al. "Test on residual ultimate strength of pultruded concrete-filled GFRP tubular short columns after lateral impact", Composite Structures 260, 113520, 2021.
6. [6] Rachid Hsissou, et al. "Polymer composite materials: A comprehensive review", Composite structures 262, 113640, 2021.
7. [7] Elif Ulutaş, "Geri Dönüşümlü Polipropilen/Çeltik Polimer Kompozitinin Mekanik, Termal ve Morfolojik Özelliklerinin Incelenmesi," Marmara Universitesi (Turkey), 2019.
8. [8] Afife Binnaz Hazar Yoruç ve Volkan Uğraşkan, "Yeşil Polimerler ve Uygulamaları", Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi 17(1), 318-337, 2017.

9. [9] Anıl Yılmaz, "Kenevir fiber katkılı biyokompozit malzeme geliştirilmesi," Diss. Fen Bilimleri Enstitüsü, 2020.
10. [10] Selçuk Akbaş, Türker Güleç, Mürşit Tufan, Cihat Taşcıoğlu ve Hüseyin Peker, "Fındık kabuklarının polipropilen esaslı polimer kompozit üretiminde değerlendirilmesi ", 2013.
11. [11] Süleyman Köytepe, Büşra Aksoy ve Turgay Seçkin, "Doğal Selüloz Lifleri Kullanılarak Biyobozunur Nanokompozitlerin Hazırlanması ve Termal Özelliklerinin Belirlenmesi", 2010.
12. [12] Dasong Dai, ve Mizi Fan, "Characteristic and performance of elementary hemp fibre", Materials Sciences and Applications 1.06, 336, 2010.
13. [13] Zeinab Solati, Badlishah Sham Baharin, ve Hossein Bagheri, "Antioxidant property, thymoquinone content and chemical characteristics of different extracts from Nigella sativa L. seeds", Journal of the American Oil Chemists' Society 91, 295-300, 2014.
14. [14] Elif Bacak Güllü ve Gülcan Avcı, "Timokinon: Nigella Sativa’nm Biyoaktif Komponenti", 2013.
15. [15] Merve Açıkgenç, Ufuk Arazsu, ve Kürşat Esat Alyamaç. "Farkli karişim oranlarina sahip polipropilen lifli betonlarin dayanim ve durabilite özellikleri." Uluslararası Teknolojik Bilimler Dergisi 4(3), 41-54, 2012.
16. [16] Krishna Prasad Rajan, Selvin P Thomas, Aravinthan Gopanna, Ahmed Al-Ghamdi, Murthy Chavali,"Rheology, mechanical properties and thermal degradation kinetics of polypropylene (PP) and polylactic acid (PLA) blends", Materials Research Express, 5(8), 085304, 2018.
17. [17] İbrahim Halil Başboğa, İbrahim Kılıç, İlkay Atar, Fatih Mengenoğlu, "Tropik ağaç türü olan dahoma (Piptadeniastrum africanum) odununun odun plastik kompozit üretiminde kullanımı", Ormancılık Araştırma Dergisi 9.Özel Sayı, 271-280, 2022.
18. [18] Şule Seda Yılmaz, "Maleik anhidrit aşılanmış polipropilen uyumlulaştırıcı ile organokil-polipropilen nanokompozitlerinin hazırlanması ve karakterizasyonu", Yüksek Lisans tezi, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara, 2011.
19. [19] Marie Le Baillif, and Kristiina Oksman, "The effect of processing on fiber dispersion, fiber length, and thermal degradation of bleached sulfite cellulose fiber polypropylene composites", Journal of Thermoplastic Composite Materials 22(2), 115-133, 2009.
20. [20] Ertuğrul Altuntaş, Tufan Salan, Ferhat Özdemir, İsa Küçük, Mustafa Çiçekler, Abdullah Kürşat Arıkan, "Evaluation of Perlite and Lignocellulosic Wastes in Wood Plastic Composite Production", 2017.
21. [21] Smita Mohanty, Sanjeev Nayak, Sushanta Tripatisi, "Effect of MAPP as coupling agent on the performance of sisal–PP composites. Journal of reinforced plastics and composites", 23(18), 2047-2063, 2004.
22. [22] Ertuğrul Altuntaş, Halime Acar, Alma Mehmet, Eyyüp Karaoğul, "Kt Polipropilen (PP) ve Atık Pirinç Saplarından Üretilen Kompozitlerin Bazı Mekanik ve Fiziksel Özelliklerinin Belirlenmesi", Kahramanmaraş, Sütçü İmam Üniversitesi, Orman Fakültesi, Orman Endüstri Mühendisliği Bölümü, Avşar Yerleşkesi, 46100, Kahramanmaraş.
23. [23] Joung-Man Park, Son Tran Quang, Byung-Sun Hwang, Lawrence Devries, "Interfacial evaluation of modified Jute and Hemp fibers/polypropylene (PP)-maleic anhydride polypropylene copolymers (PP-MAPP) composites using micromechanical technique and nondestructive acoustic emission", Composites Science and Technology 66(15), 2686-2699, 2006.
24. [24] Elif Ulutaş, Münir Taşdemir, ve Emine Koçak, "Geri dönüşümlü polipropilen/pirinç kabuğu polimer kompozitinin mekanik özelliklerinin incelenmesi".
25. [25] Theresa Sullins, Selvum Pillay, Alatair Komus, Haibin Ning, "Hemp fiber reinforced polypropylene composites: The effects of material treatments. Composites Part B: Engineering", 114, 15-22, 2017.
26. [26] Ulaş Atikler, "Preparation and characterization of polypropylene-cellulose composites, Izmir Institute of Technology", Turkey, 2004.
27. [27] Magnus Bengtsson, Marie Le Baillif, Kristiina Oksman, "Extrusion and mechanical properties of highly filled cellulose fibre–polypropylene composites. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing", 38(8), 1922-1931, 2007.
28. [28] Mateusz Barczewski, Kamila Sałasińska, Joanna Szulc, “Application of sunflower husk, hazelnut shell and walnut shell as waste agricultural fillers for epoxy-based composites: A study into mechanical behavior related to structural and rheological properties”, Polymer Testing, 75, 1-11, 2019. doi:10.1016/j.polymertesting.2019.01.017
29. [29] Asya Nur Sunmaz, Ulaş Doğan, Alaeddin Burak İrez, “Ayçiçeği kabuğu takviyeli biyo-epoksi matrisli çevreci ve maliyet etkin kompozitlerin geliştirilmesi ve mekanik karakterizasyonu”, International Journal of Advances in Engineering and Pure Sciences, 35(4), 494-503, 2023. doi:10.7240/jeps.1359961
30. [30] Lemiye Atabek Savaş, Yusuf Uzunoğlu, Soner Savaş, "Kemik Külü ve Uyumlaştırıcının PP/PA6 Matrisli Kompozitlerin Mekanik Özellikleri Üzerine Etkisi", International Journal of Innovative Engineering Applications, 6(1), 118-128, 2022.
31. [31] İlyas Kartal, Gülşah Nalcı, Halil Demirer, "Cam ve bambu lifleriyle takviyelendirilmiş vinilester kompozitlerinin mekanik özelliklerinin incelenmesi", International Journal of Multidisciplinary Studies and Innovative Technologies, 3(1), 34-37, 2019.
32. [32] Ali Osman Özğan, Ferhat Özdemir, "Yumurta Kabuğunun Odun Plastik Kompoziti Üzerinde Kullanımı", Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 24(4), 308-318, 2021.
33. [33] Nilgün Özmen, Nihat Sami Çetin, Nasır Narlıoğlu, Vedat Çavuş, Ertuğrul Altuntaş, "MDF atıklarının odun plastik kompozitlerin üretiminde değerlendirilmesi", SDÜ Orman Fakültesi Dergisi, 15, 65-71, 2014.
34. [34] Münir Taşdemir, Alim Kaştan, "Zeytin çekirdeği tozu ilave edilmiş polipropilen kompozitinin mekanik özellikleri", Uluslararası Batı Karadeniz Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi, 4(1), 36-49, 2022.
35. [35] Baran Çetin. Doğal lif ile güçlendirilmiş polilaktik asit/polipropilen kompozitlerin mekanik ve termal özellikleri. Yüksek Lisans Tezi. Bursa Teknik Üniversitesi, 2019.