Farklı doğal lif kaynaklarından mikrokristalinselüloz (MCC) eldesi ve bunlardan kompozit film üretim imkanlarının araştırılması

Abstract

Geleneksel petrol esaslı kompozit malzemeler, petrol ve benzeri gibi fosil kaynakların kısıtlı olması, sürekli dalgalanan bir fiyat skalasında bulunması ve çevresel dezavantajlarından ötürü yerlerini artık bio-esaslı kompozit malzemelere bırakmaktadırlar. Bununla birlikte sadece Türkiye‘de her yıl yaklaşık 35-40 milyon ton bitkisel atık ortaya çıkmaktadır. Ancak bunların büyük çoğunluğundan yeteri kadar yararlanılamamaktadır. Halbuki bu tür atıklardan üretilecek olan biyo-esaslı kompozit malzemeler hem orman varlığını korumada, hem de bitkisel atıklardan faydalanmada büyük bir önem arz etmektedir. Bu çalışmada buğday sapı, pirinç sapı ve kendir kullanılarak elde edilen mikrokristalinselüloz (MCC) ile kompozit film üretim olanakları araştırılmıştır. Buğday sapı, pirinç sapı ve kendir hammaddelerinden 2 farklı kimyasal metot (1. metot olarak %17,5 NaOH, 8, 16 ve 24 saat olmak üzere 3 farklı sürede 1 M HCl, %2 NaOH muameleleri ve 2. metot olarak % 90 CH2O2, CH2O3 (CH2O2/H2O2 : 2/1), %17,5 NaOH, %16 H2SO4 muameleleri) ve 2 farklı mekanik metot (1. metot olarak sıvı azot ve yüksek basınç, ultrasonikasyon iĢlemi, 2. metot olarak sadece ultrasonikasyon işlemi) kullanılarak mikrokristalinselüloz (MCC) elde edilmiş ve SEM, TGA, FTIR ve XRD analizleriyle bunların morfolojik ve karakteristik özellikleri tespit edilmiştir. Daha sonra bu MCC‘ler süspansiyon halinde homojenleştirilerek kompozit filmler üretilmiş ve bu filmlerin çekme, renk değişim ve ısıl deneyleri yapılarak fiziksel özellikleri belirlenmiştir. Yapılan analizler ve varılan bulgular neticesinde elde edilen MCC‘lerin çaplarının kullanılan doğal lif kaynaklarına ve üretim metotlarına bağlı olarak 400 nm – 7 µm arasında değiştiği gözlenmiştir. MCC‘lerin yapısında bulunan ve selülozun yapıtaşlarını oluşturan C-H, O-H, H-C-H vb. titreşim pikleri tespit edilmiştir. Alkali ve asit muameleleri ile selülozun amorf bölgeleri uzaklaştırılarak MCC‘ler saflaştırılmış ve en yüksek kristallik indeks değerine % 77,14 ile 24 saat HCl ile muamele edilmiş olan kendir örneğinde rastlanmıştır. Hemiselüloz, lignin ve pektin maddelerinin uzaklaştırılması sonucunda MCC‘lerin yanma sıcaklıkları yaklaşık 380oC civarında tespit edilmiştir. Yapılan mekanik testler sonucunda üretilen kompozit filmlerden 2. metot ile muamele edilmiş olan buğday sapı örneklerinden üretilmiş filmlerin en yüksek çekme kuvveti değerlerine ve 2. metot ile muamele edilmiş olan pirinç sapı örneklerinden üretilmiş filmlerin ise boyuna yönde en yüksek uzama miktarına sahip olduğu belirlenmiştir. Saflaştırılmış MCC‘lerin ilavesi kompozit filmlerin yanma sıcaklıklarında herhangi bir etkiye sebep olmamış, bütün örneklerde yaklaşık aynı değerde bulunmuştur. Bu çalışma neticesinde farklı doğal lif kaynaklarından elde edilen MCC‘lerin bio-esaslı kompozit filmlerin üretimine uygun olduğu görülmüştür. Ayrıca yapılacak çalışmalar ile bu malzemeler geleneksel petrol esaslı kompozit malzemelerle karşılaştırılarak onların yerini alması ve günlük kullanıma uygulanabilirliği de tartışılacaktır.