Çevre konusundaki düzenleme ve kısıtlamalardan dolayı ekolojik kompozitlere son yıllarda artan bir eğilim gözlenmektedir. Polimerik eko-kompozitler, üretim aşamalarının pratikliği, tekrar kullabilme özelliği, hafif ve düşük maliyete sahip olmaları gibi avantajlara sahiptir.

1. KETEN LİFİNE İZOSİYANAT
MODİFİKASYONU UYGULANMASININ
POLİÜRETAN ELASTOMER/KETEN LİFİ
EKO-KOMPOZİTLERİN MEKANİK, AKIŞ VE
SU EMME ÖZELLİKLERİNE ETKİLERİ
Prof. Dr. Erdal Bayramlı
Orta Doğu Teknik Üniversitesi
Fen-Edebiyat Fakültesi
Kimya Bölümü
Ümit Tayfun
Orta Doğu Teknik Üniversitesi
Polimer Bilimi ve Teknolojisi Bölümü
Mehmet Doğan
Erciyes Üniversitesi
Tekstil Mühendisliği Bölümü
15. Tekstil Teknolojisi ve Kimyasındaki Son Gelişmeler Sempozyumu
14 Mayıs 2015
Bursa Akademik Odalar Birliği (BAOB) Yerleşkesi

2. ANABAŞLIKLAR
 Giriş
 Doğal Lifler ve Eko-kompozitler
 Keten Lifii ve Termoplastik Poliüretan
 Çalışmanın Amacı
 Malzeme ve Yöntemler
 Kullanılan Malzemeler
 Yüzey Modifikasyonları
 Kompozit Hazırlama
 Ölçüm ve Test Yöntemleri
 Sonuçlar ve Tartışma
 Keten Lifi Yüzeylerinin Karakterizasyonu
 Kompozitlerin Mekanik Test Sonuçları
 Kompozitlerin Akış Testi Sonuçları
 Kompozitlerin Su Emme Testi Sonuçları
 Kompozitlerin Morfolojik Yapıları
 Çıkarımlar
 Kaynaklar

3. DOĞAL LİFLER VE EKO-KOMPOZİTLER
 Çevre konusundaki düzenleme ve
kısıtlamalardan dolayı ekolojik kompozitlere
son yıllarda artan bir eğilim gözlenmektedir [1-
3].
 Polimerik eko-kompozitler, üretim
aşamalarının pratikliği, tekrar kullabilme
özelliği, hafif ve düşük maliyete sahip olmaları
gibi avantajlara sahiptir.
 Bu avantajlarına rağmen, istenilen özelliklere
sahip polimerik eko-kompozitlerin
hazırlanmasındaki en büyük engel, doğal lif
içerisindeki lignoselülozun polar yapısı ile
polimer matrikslerin karakteristik apolar
özelliğinden kaynaklanan uyumsuzluktur [1-5].
 Doğal dolguların matriks içinde daha iyi
dağılması ve polimere daha iyi yapışması, lif
yüzeyine çeşitli kimyasal modifikasyonlar
uygulanarak sağlanmaktadır [6].

4. KETEN LİFİ VE POLİÜRETAN ELASTOMER
 Keten lifi (FF), doğal lifler arasında
en yüksek mekanik özelliklere sahip
liflerden birisidir. Tekstil alanında
yaygın olarak kullanılan keten lifi,
son dönemde polimer kompozitlerde
güçlendirici olarak da uygulama
alanı bulmuştur [7,8].
 Poliüretan Elastomer (Termoplastik
Poliüretan – TPU), yüksek çekme ve
aşınma dayanımı, kolay işlenebilme
ve tamamen geri kullanabilme
özellikleri sayesinde bir çok
uygulama alanda kullanılmaktadır.
 TPU, özellikle otomotiv ve inşaat
endüstrisinde, ayakkabı, ambalaj,
koruma kıyafetleri, kablolar, tel ve
boru üretimi gibi pek çok uygulama
sahasında kullanılmaktadır.

5. ÇALIŞMANIN AMACI
 Lignoselülozik içeren termoplastik
poliüretan (TPU) kompozitlerin
özelliklerini inceleyen az sayıda
çalışmaya rastlanmıştır [9].
 Bu çalışmada, keten lifine, poliüretan
elastomer ile ara yüzey yapışmasını
artırmak amacıyla alkali ve
izosiyanat modifikasyonları
uygulanmıştır.
 Uygulanan yüzey işlemleri
sonrasında oluşturulan kompozitlerin
başta mekanik olmak üzere
özelliklerinde iyileştirme
amaçlandırmıştır.

6. MALZEME VE YÖNTEMLER
 Kullanılan Malzemeler:
 Termoplastik Poliüretan
Merquinsa Pearlthane® ECO D12T85
%46’sı yenilenebilir kaynaklardan elde edilmiş Eko-TPU
 Keten Lifi
İzmit bölgesinden temin edilmiş lifler 3-4 mm boyunda
kesilmiştir.
 Yüzey Modifikasyonu Kimyasalları
 NaOH, Toluen (Sigma Aldrich)
 pMDI Reçine: Nuhpol Isonuh PM-200; NCO content of 30-32 g/100 g

7. MALZEME VE YÖNTEMLER
 Yüzey Modifikasyonları
Kesilmiş keten lifleri, yüzeydeki kirliliği bertaraf etme amacıyla su ile
yıkandı ve kurutuldu (FF).
 Alkali (NaOH):
Keten lifleri, %2 NaOH/Su çözeltisinde 120 dak. karıştırıldı ve kurutuldu
(Na-FF).
 İzosiyanat:
Alkali işlemi uygulanmış lifler %8 pMDI/Toluen çözeltisinde 55 o
C’de 80
dak. Karıştırıldı ve kurutuldu (MD-FF).
 Kürleştirilmiş İzosiyanat:
MD-FF 180 o
C’de 10 dak. bekletilmiştir (CM-FF).

8. MALZEME VE YÖNTEMLER
 Kompozit Hazırlama:

9. MALZEME VE YÖNTEMLER
 Ölçüm ve Test Yöntemleri:

10. SONUÇLAR VE TARTIŞMA
 Keten Lifi Yüzeylerinin Karakterizasyonu
Optik mikroskop ve SEM fotoğrafları
incelendiğinde; Alkali işleminden sonra
yapıdan lignin, vaks, vb selülozik olmayan
maddeler uzaklaştığından liflerde
fibrilleşme ve lif yüzeylerinde
pürüzlülüğün arttığı gözlenmiştir.

11. SONUÇLAR VE TARTIŞMA
 Kompozitlerin Mekanik Test Sonuçları
 Keten lifine uygulanan tüm yüzey modifikasyonları FF ile karşılaştırıldığında,
eklendikleri kompozitlerin çekme dayanımlarını arttırmıştır.
 En yüksek çekme dayanımı değeri kür edilmiş izosiyanat modifiyeli keten lifi takviyeli
kompozitte gözlenmiştir (34%).
 Alkali işlemi uygulan keten lifi eklenen kompozitin kopmada uzama değeri TPU/FF ile
karşılaştırıldığında bir miktar artış gösterirken, diğer modifikasyonlar bu değerde
azalmaya sebebiyet vermiştir.
 TPU içerisine tüm keten lifi takviyeleri,
çekme dayanım ve kopmada uzamaları
azaltırken, Young modülü değerlerinde
belirgin artışlarla sonuçlanmıştır.

12. SONUÇLAR VE TARTIŞMA
 Kompozitlerin Mekanik Test Sonuçları
 Tablo’daki su emme testinden sonraki sonuçlar incelendiğinde; TPU’nun sudan
etkilenmediği, kompozitlerin kopmada uzamalarının yükseldiği, çekme dayanım
ve Young modülü değerlerinin düştüğü saptanmıştır.
 MD-CF kürleştirme sonrası üretan ve üretidion (uretidione) grupları [10] oluştuğundan lif
ile polimer daha uyumlu hale gelmiştir.

13. SONUÇLAR VE TARTIŞMA
 Kompozitlerin Mekanik Test Sonuçları
o Shore Sertlik elastomer ve kompozitleri için karakteristik bir parametredir.
o Tablodaki değerler incelendiğinde; modifiyesiz keten lifi eklenmesi TPU’nun sertliğinde
4.2 birim artışa neden olduğu anlaşılmaktadır.
o Alkali uygulaması, modifiyesiz keten lifi ile kıyaslandığında sertlikte çok az bir düşüş
gözlenmektedir.
o İzosiyanat ve kürleştirilmiş izosiyanat modifiyeli keten lifi içeren kompozitlerin sertlikleri
hemen hemen aynı olarak bulunmuş ve diğer iki kompozite göre 1 birim civarında
düştüğü gözlenmiştir.

14. SONUÇLAR VE TARTIŞMA
 Kompozitlerin Mekanik Test Sonuçları
o Modifikasyon uygulanan lif içeren
kompozitlerin depolama modülleri,
TPU ve TPU/FF ile karşılaştırıldığında
daha yüksek bulunmuştur.
o Depolama modülü sonuçları arasında en
yüksek değere, çekme dayanımı sonuçlarında
olduğu gibi CM-FF ile hazırlanan
kompozitlerde rastlanmıştır.
o Yüzey işlemi uygulanmış FF eklenmesi ile
polimerin Tan δ ve Tg değerlerinde artış gözlenmiştir.
o Bütün modifikasyonlar, lif ile polimer
arasında yüzeysel etkileşimleri arttırarak
TPU zincirlerinin hareketliliklerini sınırlandırmıştır.

15. SONUÇLAR VE TARTIŞMA
 Kompozitlerin Akış Testi Sonuçları
o Hazırlanan tüm kompozitlerin eriyik akış indisi (MFI) değerleri, eriyik akışı
sırasında keten lifinin akış yönünde yönlenmesinden dolayı TPU’nun MFI
değerinden yüksek olarak sonuçlanmıştır.
o Yüzey modifikasyonu uygulan liflerin yüzeyleri polimer matrikse daha iyi yapışma
sağladığından, eklendiği kompozitlerin, FF içeren kompozitler ile kıyaslandığında
daha düşük MFI değerlerine sahip olduğu görülmektedir.

16. SONUÇLAR VE TARTIŞMA
 Kompozitlerin Su Emme Testi Sonuçları
o 1 aylık süre sonunda TPU %1 oranında su absorblamış, modifikasyon uygulanmayan
lif içeren kompozit en yüksek değer olan %6’nın üstünde, alkali işlemi uygulanan FF
ve izosiyanat modifikasyonlarına tabi tutulan FF takviyeli kompozitler ise %5
civarında su emme ile sonuçlanmıştır.
o Uygulanan modifikasyonlar, keten lifi ile TPU arasındaki yapışmayı arttırdığı için
eklendikleri kompozitlerde daha az su emme kapasitesi gözlenmesine
neden olmuştur.

17. SONUÇLAR VE TARTIŞMA
 Kompozitlerin Morfolojik Yapıları
o SEM mikrografikleri incelendiğinde, TPU/FF
kompozitinde polimer ile uyumlu olmayan
keten lifi içerdiği için liflerin etrafında derin
yarıklar gözlenmiştir.
o Yüzey modifikasyonları uygulanmış FF,
polimere daha iyi yapışma sağladığı için
liflerin çevresinin polimer ile kaplandığı
gözlenmektedir.
o Na-FF MD-FF ve CM-FF içeren
kompozitlerde lif-polimer yapışmasının daha
çok sağlandığı ayırt edilmiştir. Bu gözlem
diğer sonuçlarla uyum göstermektedir.

18. ÇIKARIMLAR
 Bu çalışmada, keten lifine 3 farklı yüzey işlemi uygulanarak, eklendiği
TPU kompozitlerinin çeşitli özelliklerine etkileri araştırılmıştır.
 Keten liflerinde, modifikasyonlar sonrasında fibrilleşme ve yüzey
pürüzlülüğünde artış gözlenmiştir.
 Tüm yüzey işlemleri, modifiye edilmeyen lif ile karşılaştırıldığında
eklendikleri kompozitlerin çekme dayanımlarını ve depolama modüllerini
arttırmıştır. En yüksek değerlere kür edilmiş izosiyanat modifiyeli keten
lifi içeren kompozitlerde rastlanmıştır.
 Keten liflerinin polimer matriks içinde akış yönünde yönlenmelerinden
dolayı, eklendikleri TPU’nun MFI değerlerini yükseltmiştir. Modifikasyon
uygulanan keten lifi takviyeli kompozitlerde, modifiyesiz ile
kıyaslandığında polimer-lif uyumlarının daha iyi olmasından dolayı MFI
değerlerinde azalma gözlenmiştir.
 Kompozitlerin su emme kapasiteleri, yüzey işlemi gören lif içeren
örneklerde düşük olarak bulunmuştur.
 TPU ile keten lifi arasındaki yapışmanın modifikasyonlardan sonra
artışı morfolojik olarak da saptanmıştır.

19. KAYNAKLAR
 [1] A. Bismarck, A. Baltazar-Y-Jimenez, K. Sarikakis, Development and
Sustainability, 8, (2006), 445-463.
 [2] S. Kalia, B.S. Kaith, I. Kaur, Polymer Engineering & Science, 49, (2009),
1253-1272.
 [3] Zini E., Scandola M., 2011, Polymer Composites, 32, 1905.
 [4] L. Yan, N. Chouw, K. Jayaraman, Composites Part B: Engineering, 56,
(2014), 296-317.
 [5] Baley C., Busnel F., Grohens Y., Sire O., Composites Part A: Applied
Science, 37, (2006) 1626.
 [6] Mohanty A.K., Misra M., Drzal L.T., Composite Interfaces, 8, (2001) 313.
 [7] Zhu J., Zhu H., Njuguna J., Abhyankar H., Materials, 6, (2013), 5171.
 [8] M.A. Fuqua, S. Hou, C.A. Ulven, Polymer Reviews, 52, 259, (2012).
 [9] Tayfun U., Dogan M., Bayramli E., Journal of Natural Fibers, 12, (2015).
 [10] Frazier C.E. In: Pizzi A., Mittal K.L. (eds) Handbook of adhesive
technology, Chapter 33. Taylor and Francis Boca Raton, (2003).

20. GRUBUMUZUN BENZER ÇALIŞMALARI
(EKO-KOMPOZİTLER)
 Y. Altun, M. Dogan, E. Bayramli, ‘’Effect of alkaline treatment and pre-impregnation
on mechanical and water absorption properties of pine wood flour containing pol(lactic
acid) based green composites’’, Journal of Polymers and the Environment, 21, 850,
2013.
 Y. Altun, M. Dogan, E. Bayramli, ‘’ Comparative study of maleated and glycidyl
methacrylate functionalized terpolymers as compatibilizers for low-density
polyethylene –wood flour composites’’, Journal of Applied Polymer Science, 127,
1010, 2013.
 U. Tayfun, M. Dogan, E. Bayramli, ‘’Effect of surface modification of rice straw on
mechanical and flow properties of TPU-based green composites’’, Polymer
Composites, (Online), 2014. DOI: 10.1002/pc.23331
 U. Tayfun, M. Dogan, E. Bayramli, ’Influence of surface modifications of flax fiber on
mechanical and flow properties of TPU based eco-composites’’, Journal of Natural
Fibers, (Accepted), 2015.
 U. Tayfun, M. Dogan, E. Bayramli, ‘’Investigating agricultural waste-reinforced
polyurethane elastomer green composites’’, SPE Plastics Research Online, 2015.
DOI: 10.1002/spepro.005729
 U. Tayfun, M. Dogan, E. Bayramli, ‘’Investigations on the Flax Fiber/Thermoplastic
Polyurethane Eco-composites: Influence of Isocyanate Modification of Flax Fiber
Surface’’, Polymer Composites, (Under Review).