Metalurjik Atık Takviyesinin HDPE ve LDPE Polimer Kompozitler Üzerine Etkileri

Öz

Son yıllarda, endüstriyel gelişmelerin plansız olarak artışı, endüstriyel kirliliği de beraberinde getirmiştir. Bayer prosesi ile alümina üretimi esnasında ortaya çıkan kırmızı çamur yapı malzemeleri üretimi, demir-çelik üretimi, polimer veya metal matrisli kompozitler ve seramikler gibi farklı uygulama alanlarına sahiptir. Endüstriyel atık olarak bilinen kırmızı çamur bu çalışmada polimerler için takviye malzemesi olarak kullanılmıştır. Yüksek yoğunluklu polietilen (HDPE) ve düşük yoğunluklu polietilen (LDPE) termoplastiklerine farklı oranlarda (%15, %30) ilave edilen kırmızı çamurun elde edilen polimer kompozitler üzerindeki etkisi incelenmiştir. Kırmızı çamur içeren LDPE ve HDPE esaslı kompozitler çift vidalı ekstrüzyon makinesinde granüle edilip ardından enjeksiyon makinesinde kalıplandı. Hazırlanan polimer kompozitlerin çekme dayanımı, kopma uzaması, darbe dayanımı, sertlik miktarı ve aşınma oranı gibi mekanik özellikleri belirlenmiştir. Test sonuçlarına göre, artan kırmızı çamur miktarıyla sertlik, nem miktarı ve yoğunluk artmıştır, darbe dayanımı ve kompozitlerin uzaması düşüş göstermiştir. Ağırlıkça %15 kırmızı çamur içeren polimer kompozitler en yüksek çekme mukavemeti değerine sahiptir.

Anahtar Kelimeler

• Kırmızı çamur
• polimer matrisli kompozitler
• enjeksiyon kalıplama
• mekanik özellikler

The Effects of Metallurgical Waste Reinforcement on HDPE and LDPE Polymer Composites

Öz

In recent years, the unplanned increase in industrial developments has brought industrial pollution. The red mud produced during alumina production with the Bayer process has different application areas such as production of building materials, iron-steel production, polymer or metal matrix composites and ceramics. Red mud known as industrial waste was used as reinforcement material for polymers in this study. It was investigated that the effect of red mud added in different proportions (15%, 30%) to high density polyethylene (HDPE) and low density polyethylene (LDPE) thermoplastics on the obtained polymer composites. LDPE and HDPE based composites containing red mud were granulated in a twin screw extruder and then molded in the injection machine. Mechanical properties of prepared polymer composites such as tensile strength, elongation at break, impact strength, hardness and wear rate were determined. According to the test results, hardness, moisture content and density increased with increasing amount of red mud, impact resistance and elongation of composites decreased. Polymer composites containing 15% red mud by weight have the highest tensile strength value.

Anahtar Kelimeler

• Red mud
• polymer matrix composites
• injection molding
• mechanical properties

Kaynakça

1. [1] Anawati, J., Azimi, G., Recovery of scandium from Canadian bauxite residue utilizing acid baking followed by water leaching. Waste Management, 95, 549–559. 2019.
2. [2] Zhang, R., Zheng, S., Shuhua, M., Zhang, Y., Recovery of alumina and alkali in Bayer red mud by the formation of andradite-grossular hydrogarnet in hydrothermal process. Journal of Hazardous Materials, 189, 827-835, 2011.
3. [3] Chen, C., Zhang, Y., Han, W., Qian, C., Luo, Y., Zhang, N., Incorporation of Xuan-paper waste residue in red mud/waste polyethylene composites. Journal of Hazardous Materials, 399, 2020.
4. [4] Uzun, E., Zengin, M., Atılgan, İ., Improvement Of Selective Copper Extraction From A Heat-Treated Chalcopyrite Concentrate With Atmospheric Sulphuric-Acid Leaching. Materiali in Tehnologije, 50, 395-401, 2016.
5. [5] Sutar, H., Mishra, SC., Sahoo, SK., Prasad chakraverty, A., Maharana, HS., Progress of Red Mud Utilization: An Overview. American Chemical Science Journal, 4(3), 255-279, 2014.
6. [6] Tınkılıç N., ve Erdem, E., Kırmızı çamurdan demir (II) sülfat (FeSO4.7H2O) Üretimi. Mühendislik Bilimleri Dergisi, 2, 135-137, 1996.
7. [7] Wang, S., Ang H., ve Tade, M., Novel applications of red mud as coagulant, adsorbent and catalyst for environmentally benign processes. Chemosphere, 72, 1621-1635, 2008.
8. [8] Qiu, L., Phule, AD., Han, Y., Wen, S., Zhang, ZW., Thermal aging, physico‐mechanical, dynamic mechanical properties of chlorinated polyethylene/red mud composites. Polymer composites, 41, 4740-4749, 2020

9. [9] Zhang, Y., Zhang, A., Zhen, Z., Lv, F., Chu. PK, ve Ji, J., Red mud/polypropylene composite with mechanical and thermal properties, Journal of Composite Materials, 45(26), 2811–2816, 2011.
10. [10] Taşdemir, M., Kurt, M., Acrylonitrile Butadiene Styrene/Red Mud Polymer Composites: Ultraviolet Annealing. Advanced Science, Engineering and Medicine, 8, 804–809, 2016.
11. [11] Shanmugavel, R., Jayamani, M., Nagarajan, R., Irullappasamy, S., Cardona, F., Sultan, MTH., Processing and characterization of redmud reinforced polypropylene composites. Materials Science and Engineering, 152 (1), 012053, 2016. DOI: 10.1088/1757-899X/152/1/012053
12. [12] Vigneshwaran, S., Uthayakumar, M. ve Arumugaprabu, V., Potential use of industrial waste-red mud in developing hybrid composites: A waste management approach. Journal of Cleaner Production, 276 (2), 124278. 2020. DOI: 10.1016/j.jclepro.2020.124278