Ticari polimerik katkıların zeolit dolgulu geri dönüşüm polipropilen kompozit üzerindeki etkilerinin incelenmesi

Plastikler hayatımızın birçok alanında sıklıkla kullandığımız malzemelerdir. Zaman içinde yapılan çalışmalar, keşifler ve iyileştirmeler ile kendilerine daha fazla kullanım alanı bulmuşlardır. Üstün özellikleri ve düşük maliyetleri nedeniyle ambalaj, otomotiv, ev eşyası, mobilya, sağlık, savunma sanayi ve daha nice alanda oldukça fazla miktarda kullanılmaktadır. Fakat bu yüksek kullanım sonucunda ortaya çıkan en büyük problem ömrünü tamamlayan ya da prosesler sırasında ortaya çıkan plastik atıklardır. Plastik kendi kediliğinden doğaya tekrar dönüşü çok uzun bir süreç olduğundan plastiklerin kullanımı kadar geri dönüşümü ve geri kazanımı da kaçınılmaz hale gelmiştir. Özellikle termoplastiklerin ısıyla tekrar işlenerek kullanılabilmeleri sadece çevre açısından değil ekonomik açından da önemlidir. Termoplastiklerin geri dönüştürülmesiyle ikincil kaynak olarak üretimde yer bulmaları mümkündür. Plastiklerin geri dönüşümü için birincil, ikincil, üçüncül ve dördüncül olmak üzere 4 tip geri dönüşüm bulunmaktadır. Birincil geri dönüşüm tipinde üretimden çıkan plastik atıklar mekanik geri dönüşüm uygulanarak hammadde haline getirilip tekrar aynı üretimde belirli ve az oranlarda orijinal hammadde katılması ile kullanılmaktadır. İkincil geri dönüşüm tipinde üretim sonucu oluşan veya ömrünü tamamlamış olan plastik atılar yine mekanik geri dönüşüm uygulanarak orijinal hammadde kadar iyi olmayan fakat başka uygulamalarda kullanılabilecek hammaddelere dönüştürülür. Üçüncül geri dönüşüm tipinde plastik atıklar kimyasal geri dönüşüm metotları ile monomerlerine ayrıştırılarak yeniden polimer üretiminde kullanılmak üzere geri dönüştürülebilirler. Dördüncül geri dönüşüm tipinde plastik atıklar petrol kaynaklı olmaları sebebiyle özellikle çimento üretimi gibi süreçlerde yakıt olarak kullanılarak enerjiye dönüştürülerek geri kazanılır. Birincil ve ikincil tip geri dönüşüm yaygın olarak yapılırken üçüncül tip geri dönüşüm maliyetleri nedeniyle, dördüncül tip geri dönüşüm ise çevresel etkileri nedeniyle daha az tercih edilmektedir. Polipropilenin geri dönüştürülerek ikincil kaynak olarak kullanılması ve ekonomiye tekrar kazandırılması ile dışa bağımlılık ve dış ticaret açığı azalmakta, geri dönüşüm sektörünün gelişmesiyle yeni istihdam yaratılmaktadır. Ayrıca plastik atıkların atık sahalarına gönderilmemesi ile atık yönetim maliyetlerinde tasarruf sağlanmakta ve plastik geri dönüşüm sektörünün gelişmesiyle plastik atıkların ithal edilip ikincil kaynağa çevrilmesiyle ucuz yollu hammadde üretimi mümkün olmaktadır. Polipropilen çok geniş kullanım alanı olan ve çok fazla tüketilen bir termoplastiktir.1960'lardan itibaren hızla ticarileşmiş ve kullanım miktarı günümüzde de artan bir plastiktir. Özellikle ambalaj, elektrikli aletler, ev eşyalarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Polipropilenin %49'u ambalaj sektöründe, %31'i elektronik ve ev aletlerinde, %8'i otomotiv sektöründe geri kalanı tekstil, tarım gibi sektörlerde kullanılmaktadır. Yoğurt kapları, şeffaf plastik bardaklar, plastik mutfak kapları, plastik sandalye ve kasalar, şişe kapakları ve bazı şişerler gibi günlük hayatta uzun ve kısa kullanım ömrüne sahip birçok ürün polipropilenden üretilmektedir. Bu yoğun kullanım nedeniyle polipropilenin geri dönüşümü önemli bir hale gelmektedir. Endüstriyel ve son kullanıcı polipropilen atıkları genellikle mekanik geri dönüşüm yöntemiyle birincil ve ikincil tipte geri kazanılmaktadır. Ekonomik açıdan özellikle polipropilen ithalatı yüksek olan ülkeler için polipropilenin geri dönüştürülerek kullanılması ekonomik açından da yüksek öneme sahiptir. Doğal bir zeolit olan "kaynayan taş" anlamına gelen klinoptilolit bol miktarda bulunan ve ucuz bir mineraldir. Diğer doğal zeolitlerde olduğu gibi klinoptilolitde kristal yapıda hidrasyona uğramış bir alüminyum silikattır. Genellikle adsorpsiyon, iyon değiştirme özellikleri ve moleküler elek yapısı gibi özellikleri çeşitli alanlarda kullanılmaktadır. Klinoptilolit, toprak katkısı, gübre katkısı, hayvan yemi katkısı, kağıt dolgusu, koku ve sıvı tutucu, atık ıslahı ve filtre gibi birçok farklı uygulamada da kullanılmaktadır. Farklı özellikleri bir arada barındırıp ucuz ve bol miktarda bulunduğu için yeni uygulama alanlarında kullanım potansiyeli olan bir mineraldir. Plastikler çeşitli dolgu maddeleri kullanılarak hem mekanik dayanımları iyileştirilebilen hem de maliyeti düşürülebilen malzemelerdir ve bu tür uygulamalar endüstride uzun zamandır kullanılmaktadır. Bu çalışmada geri dönüşüm polipropilen (rPP) ile klinoptilolit dolgu malzemesi olarak kullanıldığında rPP'nin özellikleri üzerindeki etkisi gözlemlenmiştir. Ayrıca klinoptilolit dolgulu rPP karışımında elastomerik katkı olarak Etilen Propilen Dien Monomer elastomeri (EPDM), elastomerik propilen olan Vistamaxx, ara yüzey iyileştirici olarak maleik anhidrit modifiyeli polipropilen (MAH-g-PP/Bondyram) eklenerek katkıların klinoptilolit dolgulu rPP kompozitlerin üzerindeki etkileri incelenmiştir. Çalışmada kullanılan geri dönüştürülmüş polipropilen çocuk bezi üretiminden açığa çıkan dokumasız kumaşların tek vidalı geri dönüşüm ekstrüderi kullanarak üretilmiştir. rPP ile ağırlıkça %10, %20 ve %30 oranında klinoptilolit karıştırılarak 3 farklı karışım oluşturulmuştur. Oluşan bu ikili karışımın her birine 100 birim karışıma 5 birim ve 10 birim ilave edilecek şekilde ticari polimer katkılar olan EPDM, Vistamaxx ve MAH-g-PP eklenerek 21 karışım hazırlanmıştır. %100 rPP de karşılaştırma amaçlı olarak çalışılmıştır. Bu 21 örnek çift vidalı ekstrüderde granül haline getirilmiştir. Her bir karışından üretilen granüllerden enjeksiyon makinesi kullanılarak darbe, çekme, yoğunluk gibi testlerde kullanılmak üzere standartlara uygun numuneler hazırlanmıştır. Enjeksiyonla numune hazırlama işleminden sonra yapılan karışımların yoğunluğunun, bağıl neminin, eriyik akış indeksinin (MFI), darbe dayanımının ve çekme dayanımının tayin edilmesi için testler de uygulanmıştır. Yoğunluk testinden çıkan sonuçlara bakıldığında, klinoptilolit ilavesiyle karışımın yoğunluğu artmakta, yoğunluk artışının klinoptilolit ile doğru orantılı olduğu gözlenmektedir. 0,92 g/cm3 olan rPP'nin yoğunluğu %30 klinoptilolit dolgusu ile 1,04 g/cm3 değerine ulaşmaktadır. Numunelerin bağıl nem değerleri incelendiğinde klinoptilolit dolgusu ile bağın nem oranının arttığı gözlemlenmiştir. 230°C ve 2,16 kg ağırlık ile yapılan MFI testi sonuçlarına göre klinoptilolit dolgusu oranı ile MFI değerinin ters orantılı olduğu gözlenmiştir. Maleik anhidrit modifiyeli polipropilen katkılı grupların aynı dolgu oranına sahip katkısız ve diğer katkıları içeren gruplara göre daha yüksek MFI değerine sahip olduğu gözlemlenmiştir. Diğer taraftan EPDM içeren dolgulu gruplar, aynı oranda dolgu içeren katkılı ve katkısız gruplara göre daha düşük MFI değerine sahip olduğu gözlemlenmiştir. Vistamaxx'ın MFI değeri üzerinde kayda değer bir etkisi gözlenmemiştir. Izod darbe testi sonuçlarına göre klinoptilolit dolgusu rPP'nin darbe dayanımını düşürmüştür. Dolgu oranının artmasıyla bu düşüş de artmıştır. Elastomerik katkılar darbe dayanımı üzerinde olumlu sonuçlar vermiş ve dayanımı arttırmıştır. Ara yüzey iyileştirici olarak kullanılan MAH-g-PP, darbe dayanımına olumlu etki etmiş fakat bu olumlu etki, artan klinoptilolit dolgusu ile azalmıştır. Çekme deneyi sonuçlarına göre katkısız klinoptilolit dolgulu rPP'de kopma gerilmeleri ve uzamalarda düşüş görülmüştür. Modüllerde ise %30 dolgulu elastomeric katkısız karışım en yüksek değere sahipken, %10 ve %20 dolgulu katkısız guruplarda modül düşmüştür. Elastomerik katkıların çekme dayanımı üzerinde önemli bir etkileri yok iken, MAH-g-PP kullanımı ile tüm oranlarda çekme dayanımında gözle görülür bir artış gözlenmiş ve benzer şekilde MAH-g-PP katkılı grupların yüksek modül değerlerine sahip olduğu belirlenmiştir. Uzama değerlerine bakıldığında elastomerik katkıların kullanıldığı karışımların daha fazla uzama gösterdiği görülmektedir. Çekme testinin sonuçlarına bakılarak elastomerik katkıların, ara yüzey iyileştirerek, rPP-Zeolite karışımlarının mekanik özelliklerine olumlu etkisi olduğu gözlemlenmiştir.