Cemal Meran, Soner Haldenbilen, Müge Kula, Hakan Öztürk, Gökçe Özsandıkçı
MAKALE
ÇAPRAZ BAĞLI POLİETİLEN (XPE) KÖPÜK ATIKLARIN GERİ
DÖNÜŞÜMDE KULLANILABİLİRLİĞİNİN İNCELENMESİ
Cemal Meran*
ÖZET
Soner Haldenbilen
Bu çalışmanın amacı, inşaat sektöründe kullanılan ve geri dönüşümü moleküler yapısı dolayısıyla
mümkün olmayan XPE polietilen köpük malzemenin beton karışımı içine katılarak daha geniş alanlarda kullanılabilirliğini araştırmaktır. Farklı karışımlarda elde edilen yapıların mekanik özellikleri ve
ısı iletim katsayıları incelenmiştir.
Prof. Dr.,
Pamukkale Üniversitesi,
Mühendislik Fakültesi,
Makine Mühendisliği Bölümü, Denizli
[email protected]
Prof. Dr.,
Pamukkale Üniversitesi,
Mühendislik Fakültesi,
İnşaat Mühendisliği Bölümü, Denizli
[email protected]
Berkosan AŞ., Bilecik
[email protected]
Bu amaçla %5, %10, %15 ve %40, %45, %50 oranlarında XPE hurda malzeme içeren beton numuneler hazırlanmıştır. Numuneler 7 günlük, 14 günlük ve 28 günlük kürler olarak bekletilmiştir. Yapı
malzemesi numuneleri ve yalıtım malzemesi numuneleri elde edilmiştir. Yapı malzemesi numunelerine basınç dayanımı ve eğilme dayanımı deneyleri uygulanmıştır. Yalıtım malzemesi numunelerine ise
ısı yalıtım katsayısı ölçümü deneyi yapılmıştır. Deneysel çalışmalar sonucu XPE hurda malzemesinin
beton karışım mekanik ve yalıtım özelliklerine etkisi belirlenmiştir.
Hakan Öztürk
Anahtar Kelimeler: XPE, çapraz bağ, beton, mekanik test, ısı iletimi
Müge Kula
[email protected]
P
1. GİRİŞ
lastik malzemeler, metal ve seramik yapıların yanında
kullanılan organik malzemelerdir. Sahip oldukları yük
altında kalıcı şekil değiştirebilme özelliğinden dolayı
endüstride kullanılan önemli malzemelerden biridir. XPE polietilen köpük, inşaat sektöründe şap altı yalıtım malzemesi
olarak yaygın olarak kullanılmaktadır.
Bu çalışmada kullanılan agregalar, çimento ve kimyasal katkı
karakterize edilmiş uygulanan beton deneyleri için hazırlanan
karışım oranları verilmiştir.
Çapraz bağlı (XPE) polietilen elde etmek için polietilene dışarıdan ısı, basınç ve katalizör kimyasal katkılar uygulanarak moleküler yapısı değiştirilmektedir. Bu dış zorlama ile
normalde birbirine bağlanması mümkün olmayan moleküler
bağların birbirine bağlanarak malzemenin mukavemetinin
artması ile birlikte esneklik ve darbeye karşı dayanım kazandırılmaktadır [1].
XPE polietilen son derece ince hücre yapılı bir sünger olup,
ısı izolasyonu gerektiren yerlerde, inşaat sektöründe şap altıda, endüstriyel uygulamalarda kalorifer veya klima boru-
larının izolasyonu, vb. gıda sektörü, tekstil sektörü, turizm
sektörü, tarım sektörü ve hayvancılık sektöründe kullanım
alanlarına sahiptir.
XPE polietilen köpük üreten firmalarda üretim aşamasında
ortaya çıkan hurda XPE polietilenlerin geri dönüşümünün
olmaması söz konusu firmalar için büyük problemlere yol açmaktadır. Firmaların üretim atıklarını depolamakta ve firmalarından uzaklaştırmakta büyük zorluklar çektiği bilinmektedir (Şekil 1).
Çapraz bağlı polietilen köpük, ısı işlemiyle bir defa istenilen
şekli aldıktan sonra tekrar ısıtılmakla şekillendirilememektedir. Ayrıca bu malzemeler hiçbir çözücüde çözünmezler. Termoset halini alan XPE polietilen, polikondasyon yöntemi ile
elde edilirler ve çapraz bağlı bir yapıya sahiptirler. Bu plastiklerde polimerizasyon işlemi, malzemeyi ihtiva eden monomerlerin bir araya getirdiği reaktörde başlar ve kalıplama
işlemi sırasında bitmektedir.
Termoset plastik malzemelerin geri dönüşüm şartlarına uygun
olmayışı bir çok araştırmaya konu olmuştur. Geri dönüşümü
üzerine ve kullanım alanlarının artırılması için farklı bir çok
yöntem denenerek olumlu sonuçlar alınmaya çalışılmış ve
kullanılabilir sonuçlar elde edilmiştir, [2-14].
Gökçe Özsandıkçı
[email protected]
INVESTIGATION OF RECYCLING OF CROSS LINKED (XPE)
POLYETHYLENE FOAM WASTES
ABSTRACT
The aim of this study is investigation of usability of XPE polyethylene waste in the concrete which
used civil industry. The mechanical and thermal properties of structures obtained different mixtures
are investigated.
The samples are prepared %5, %10, %15 ve %40, %45, %50 XPE polyethylene waste in the concrete.
The samples are waited 7 days, 14 days and 28 days’ cures. And it is prepared samples for structure
and insulation materials. The bending test is applied to structure samples. The heat conductivity test
is applied to insulation samples. The most suitable XPE polyethylene waste ratio is obtained after
experimental study.
Keywords: XPE, cross link, concrete, mechanical test, heat conductivity
İletişim yazarı
*
Geliş tarihi
: 27.01.2014
Kabul tarihi
: 14.02.2014
Meran, C., Haldenbilen, S., Kula, M., Öztürk, H., Özsandıkçı, G. 2014. “Çapraz Bağlı Polietilen (XPE) Köpük Atıkların Geri Dönüşümde Kullanılabilirliğinin İncelenmesi,”
Mühendis ve Makina, cilt 55, sayı 649, s. 64-68.
Cilt: 55
Sayı: 649
64 Mühendis ve Makina
Şekil 1. XPE Polietilen Köpük Üreten Bir Firmada XPE Üretim Atıklarının Yol Açtığı Kirlilik
Mühendis ve Makina
55
65 Cilt:
Sayı: 649
Çapraz Bağlı Polietilen (XPE) Köpük Atıkların Geri Dönüşümde Kullanılabilirliğinin İncelenmesi
XPE polietilen köpüğün geri dönüşümü bağ yapısını elde etmek için geçtiği işlem aşamalarından
dolayı zordur ve XPE polietilen köpük üretim
sonrasında atık kısımların depolanması oldukça
büyük bir sorun yaratır. Bu sebep ile geri dönüşümü ve kullanım alanının genişletilmesi oldukça
büyük önem taşımaktadır. Bu çalışmanın çıkış sebebinde olduğu gibi bu tür firmalar XPE atıkları
hem değerlendirmek hem de fabrika alanlarından
uzaklaştırmak için farklı sektörlerde kullanabilme
yollarını aramaktadırlar. İnşaat sektörü ülkemizin
önemli sektörlerinden biri olup, XPE polietilen
atıkların beton içerisine katkı malzemesi olarak
kullanılabilirliği, hangi oranlarda kullanılabileceği, betonun mukavemet ve ısıl özelliklerini nasıl
etkileyeceği çalışmanın temelini oluşturmaktadır.
lanan yalıtım numunelerine ısı iletim katsayısı deneyi uygulanmıştır. Deney uygulanması için 120x65x25 mm ölçülerinde kalıplar hazırlanmıştır. Hazırlanan malzemeler homojen
olarak karıştırılıp kalıplara yerleştirilmiştir.1 günlük bekleme
süresinden sonra kalıplardan çıkarılan numunelere kür işlemi uygulanmıştır. Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği Termodinamik laboratuvarında
bulunan Shoterm QIM-D2 ısı iletim katsayısı ölçme cihazı
kullanılmıştır.
3. SONUÇLAR VE TARTIŞMA
Şekil 2. Slump Deneyinin Yapılışından Bir Görünüm
2. MATERYAL VE METOT
XPE polietilen köpük atıkların beton içinde değerlendirilmesi iki şekilde incelenmiştir. İlk olarak
yapı malzemesi olarak kullanımında betondaki
basınç ve eğilme dayanımlarını ne ölçüde etkilediği, ikincisi ise ısı yalıtım malzemesi olarak kullanılabilirliğinin incelenmesidir. Bu amaçla öncelikle XPE malzemesinin birim hacim ağırlığının
belirlenmiştir. Yapılan deney sonucunda XPE polietilen köpüğün birim hacim ağırlığı 0.33g/cm3
olarak bulunmuştur. XPE polietilen köpük levha
üreten bir firmadan temin edilen kırılmış atıkların
boyut tespiti için elek analizi yapılmıştır.
XPE polietilen köpüğü beton malzemeyle karışŞekil 3. Sıkıştırma İşleminden Bir Görüntü
tırmak için beton içinde bulunan agreganın belirli
kısmı çıkarılıp aynı hacim değerinde XPE malzemesinin karışıma eklenmesi gerekmektedir. Karışım oranı
rılan numunenin slump değeri 19 olarak tespit edilmiş daha
belirlenirken belirli bir kriter bulunmadığı için deney sonuçsonra küp ve silindir kalıplara yerleştirilmeye başlanmıştır
larına göre bu oranlar değiştirilmiştir. Bunun sonucunda yapı
(Şekil 2).
malzemesi olarak kullanılması düşünülen karışımda oran %5
Numunelerin kalıplara yerleştirilme işlemi sırasında TS EN
, %10 ve % 15 olarak belirlenmiştir. Isı yalıtım ve izolasyon
12390-2 ve TS 3351'e uygun olarak gerekli sıkıştırma işlemnumunelerinde ise oranlar %5, %10, %15, %40, %45, %50
leri yapılmıştır. Her tabaka, sıkıştırma çubuğu ile en az 25’er
olarak belirlenmiş ve bu oranlara göre beton reçeteleri hazırdefa şişlenmiştir. Sıkıştırma sonrasında, kalıbın dış kenarlalanmıştır.
rına, sıkıştırma çubuğu darbelerinden geriye kalan boşluklar
doluncaya kadar tokmak ile hafifçe vurulmuştur (Şekil 3).
Yapı malzemesi için alınan numunelerin basınç dayanımını
ölçmek için 15x15x15 cm küp numuneler, eğilme dayanımını
Numune alımı ve korunması ilgili standartlara uygun yapılölçmek için ise 10x10x40 cm kiriş numuneler kullanılmıştır.
mıştır. Numune alınırken, numunenin beton harmanının taHer oran için toplamda 8 küp, 8 kiriş numune alınması öngömamını homojen bir şekilde temsil etmesine dikkat edilmiştir.
rülmüştür. Bu numunelerden 3’er tanesi 7 günlük, 2’şer tanesi
Numuneler kalıplara dökülüp yerleştirildikten sonra hareket
14 günlük, 3’er tanesi de 28 günlük kür işleminden sonra deettirilmeden yerinde 1 gün bekletilmiştir. Daha sonra kalıptan
neylerde kullanılmıştır.
çıkarılan numuneler gerekli kür işlemleri yapıldıktan sonra
basınç ve eğme testleri TS EN 12390-4’e uygun yapılmıştır.
Hazırlanan reçetelere göre karıştırıcıya malzemeler eklenmiş
Yalıtım malzemesi için özel tasarlanan reçetelere göre hazırve gerekli kıvam elde edilene kadar karıştırılmıştır. Karıştı-
Cilt: 55
Sayı: 649
66 Mühendis ve Makina
Cemal Meran, Soner Haldenbilen, Müge Kula, Hakan Öztürk, Gökçe Özsandıkçı
Çalışmada kullanılan XPE hurda atık malzeme % 5, % 10,
%15, %40, % 45 ve % 50 oranlarında hazırlanıp kürler 7 gün,
14 gün ve 28 gün olarak kalıplanmıştır. Her malzemeden ye-
%5 XPE hurda atık bulunduran numune ile %15 XPE hurda
atık içeren numuneye kadar sürekli bir düşüş görülürken ısı
iletim katsayısında % 40 oranında XPE hurda atık içeren numunede tolere edilebilir değerde bir artış söz konusu olmuştur. %45 ve %50 oranında XPE hurda içeren numunelerde ise
28 Günlük Basnç Dayanm
N/mm2
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
terli sayıda numune hazırlanıp kalıpta bekletilme sürelerine
göre birim hacim ağırlıkları, basınç dayanımları ölçülmüştür.
7 günlük kürlerin ortalama birim hacim ağırlıkları 2.359 çıkmıştır ve ortalama basınç dayanımları 42.4 N/mm2 çıkmıştır.14 gün kalıpta bekletilmiş olan kür için ortalama birim
hacim ağırlığı 2.323 çıkmıştır ve ortalama basınç dayanımı
43.5 N/mm2 bulunmuştur. 28 günlük kürde ise ortalama birim
hacim ağırlığı 2.32 bulunmuştur. Ortalama basınç dayanımı
ise 47.02 N/ mm2 elde edilmiştir.
47,02
46,17
41,63
38,46
% XPE
Standart
%5 XPE
%10 XPE
%15 XPE
Şekil 4. Numunelerin 28 Günlük Basınç Dayanımının XPE Hurda Oranına Göre Değişimi [15]
MPa
% XPE
Şekil 5. 28 Günlük Numunelerde Eğilme Dayanımının XPE Hurda Oranına Göre Değişimi [15]
Mühendis ve Makina
55
67 Cilt:
Sayı: 649
Çapraz Bağlı Polietilen (XPE) Köpük Atıkların Geri Dönüşümde Kullanılabilirliğinin İncelenmesi
W/mK
% XPE
Şekil 6. Numunelerin Isı İletim Katsayılarının XPE Hurda Oranına Göre Değişimi [15]
düşüş sürekliliğini sürdürmüştür. Isı iletim katsayısının düşük
çıkması bizim için bir avantaj olup numunenin yalıtım malzemesi olarak kullanıma uygunluğunu göstermektedir. Şekil
6’da ısı iletim katsayısı ölçülmüş numunelerin grafik üzerinde
gösterimi verilmiştir. Grafikteki dalgalanmalar tolere edilebilir değerlerdedir.
Yapılan çalışma sonucunda basma ve eğme dayanımı açısından %15 civarında XPE hurda atığın beton içerisine karıştırılabileceği görülmektedir. Isı iletkenliği açısından bakıldığında
ise %40-45 civarlarına kadar hurda XPE atık kullanılmasının
ısı iletkenliği üzerinde çok önemli etkisinin olmadığı anlaşılmaktadır.
KAYNAKÇA
1.
US 7569620 B2. 2009. “High Modulus Cross-Linked Polyethylene With Reduced Residual Free Radical Concentration Prepared Below the Melt”
2. Rahman, M., Islamand, A., Ahmed, M. 2012. “Recycling
of Waste Polymeric Materials as a Partial Replacement for
Aggregate in Concrete,” International Conference on Chemical, Environmental and Biological Sciences, Penang, Malaysia, p.99-102.
3. Yeşilata, B., Işıker, Y., Turgut B. 2009. “Thermal Insulation
Enhancement in Concretes by Adding Waste PET and Rubber Pieces,” Construction and Building Materials, vol. 23,
p.1878–1882.
4. Wang, Y., Wu, H. C., Li, V. C. 2000. “Concrete Reinforcement With Recycled Fibers,” Journal of Materials in Civil
Engineering, p.314-319.
5.Cruz, S. A., Zanin, M. 2003. “Evaluation of the Incorporation of Recycled Material in the Dielectric Properties of High
Density Polyethylene,” Proceedings of the 7th International
Conference on Properties and Applications of Dielectric Materials, Nagoya, p. 503-505.
6. Watanabe, S., Komura, K., Nagaya, S., Morita, H., Naka-
Cilt: 55
Sayı: 649
68 Mühendis ve Makina
moto, T., Hirai, S., Aida, F. 2003. “Development of Crosslinked Polymer Material Recycling Technology by Supercritical Water,” Proceedings of the 7th International Conference
on Properties and Applications of Dielectric Materials, Nagoya, p. 595-598.
7. Goto, T., Yamazaki, T. 2004. “Recycling of Silane Crosslinked Polyethylene for Insulation of Cables by Supercritical
Alcohol,” Hitachi Cable Review, no.23, p.24-27.
8. Poh, M.K.C. 2004. “Thermal and Mechanical Analysis of
Recycled Glass Filled PET for Printer Part,” International
IEEE Conference on Asian Green Electronics (AGEC), p.
50-55.
9. Zhang, L., Xie M., Qiao, Q., Sun, Q. 2011. “Environmental
Impacts from PET Packaging Waste Management Using Life
Cycle Assessment: A Case Study in China,” International
Symposium on Water Resource and Environmental Protection (ISWREP), p. 2478-2481.
10. Aminuddin, S. F., Leong, Y. Wei, L.Y., Hamada, H.,
Adnan, N. 2012. “Recycled Poly(ethylene terephthalate)/
recycled Polypropylene Blend: Effect of Hygrothermal Treatment,” IEEE Symposium on Humanities, Science and Engineering Research, p. 239-244.
11. Mebarki, F., David, E. 2012. “Corona Resistance and Dielectric Strength of Recycled PET-based Composites,” Annual
Report Conference on Electrical Insulation and Dielectric
Phenomena (CEIDP), p. 407-411.
12. Lee, J.S., Cho, K.C., Ku, K.H., Cho, G., Lee, J.H. 2012.
“Recyclable Insulation Material Based on Polyethylene for
Power Cable,” International Conference on Condition Monitoring and Diagnosis (CMD), p. 88-90.
13. Tamboli, S.M., Mhaske, S.T., Kale, D.D. 2004. “Chemical
Technology, Cross-Linked Polyethylene,” Indian Journal of
Chemical Technology, vol.11, p.853-864.
14. TÜKÇEV. 2013. “Atıklar,” www.cevreonline.com/atik.htm ,
Son Erişim Tarihi: 27.12.2013.
15. Kula, M., Öztürk, H., Özsandıkçı, G. 2013. “Çapraz Bağlı
Polietilen (XPE) Köpük Atıkların Geri Dönüşümde Kullanılabilirliğinin İncelenmesi,” Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Lisans Tezi.
Download

1727 KB