Cilt: 55 Sayı: 649 Mühendis ve Makina
65
Cemal Meran, Soner Haldenbilen, Müge Kula, Hakan Öztürk, Gökçe Özsandıkçı MAKALECilt: 55
Sayı: 649
64
Mühendis ve MakinaINVESTIGATION OF RECYCLING OF CROSS LINKED (XPE)
POLYETHYLENE FOAM WASTES
Cemal Meran* Prof. Dr.,
Pamukkale Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi,
Makine Mühendisliği Bölümü, Denizli cmeran@pau.edu.tr
Soner Haldenbilen Prof. Dr.,
Pamukkale Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi,
İnşaat Mühendisliği Bölümü, Denizli shaldenbilen@pau.edu.tr Müge Kula Berkosan AŞ., Bilecik mugekula90@gmail.com Hakan Öztürk hakanozturk_1@hotmail.com Gökçe Özsandıkçı gokceozsandikci@hotmail.com
ÇAPRAZ BAĞLI POLİETİLEN (XPE) KÖPÜK ATIKLARIN GERİ
DÖNÜŞÜMDE KULLANILABİLİRLİĞİNİN İNCELENMESİ
ÖZET
Bu çalışmanın amacı, inşaat sektöründe kullanılan ve geri dönüşümü moleküler yapısı dolayısıyla mümkün olmayan XPE polietilen köpük malzemenin beton karışımı içine katılarak daha geniş alan-larda kullanılabilirliğini araştırmaktır. Farklı karışımalan-larda elde edilen yapıların mekanik özellikleri ve ısı iletim katsayıları incelenmiştir.
Bu amaçla %5, %10, %15 ve %40, %45, %50 oranlarında XPE hurda malzeme içeren beton numu-neler hazırlanmıştır. Numunumu-neler 7 günlük, 14 günlük ve 28 günlük kürler olarak bekletilmiştir. Yapı malzemesi numuneleri ve yalıtım malzemesi numuneleri elde edilmiştir. Yapı malzemesi numuneleri-ne basınç dayanımı ve eğilme dayanımı denumuneleri-neyleri uygulanmıştır. Yalıtım malzemesi numunumuneleri-nelerinumuneleri-ne ise ısı yalıtım katsayısı ölçümü deneyi yapılmıştır. Deneysel çalışmalar sonucu XPE hurda malzemesinin beton karışım mekanik ve yalıtım özelliklerine etkisi belirlenmiştir.
Anahtar Kelimeler: XPE, çapraz bağ, beton, mekanik test, ısı iletimi
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.
1. GİRİŞ
P
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 po-lietilen 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 dı-şarıdan ısı, basınç ve katalizör kimyasal katkılar uygulana-rak 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 kazan-dırılmaktadır [1].
XPE polietilen son derece ince hücre yapılı bir sünger olup, ısı izolasyonu gerektiren yerlerde, inşaat sektöründe şap al-tıda, 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 aç-maktadır. Firmaların üretim atıklarını depolamakta ve firma-larından uzaklaştırmakta büyük zorluklar çektiği bilinmekte-dir (Şekil 1).
Çapraz bağlı polietilen köpük, ısı işlemiyle bir defa istenilen şekli aldıktan sonra tekrar ısıtılmakla şekillendirilememekte-dir. Ayrıca bu malzemeler hiçbir çözücüde çözünmezler. Ter-moset halini alan XPE polietilen, polikondasyon yöntemi ile elde edilirler ve çapraz bağlı bir yapıya sahiptirler. Bu plas-tiklerde polimerizasyon işlemi, malzemeyi ihtiva eden mo-nomerlerin 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].
Cilt: 55
Sayı: 649
66
Mühendis ve Makina Mühendis ve Makina67
Cilt: 55Sayı: 649Çapraz Bağlı Polietilen (XPE) Köpük Atıkların Geri Dönüşümde Kullanılabilirliğinin İncelenmesi Cemal Meran, Soner Haldenbilen, Müge Kula, Hakan Öztürk, Gökçe Özsandıkçı
XPE polietilen köpüğün geri dönüşümü bağ yapı-sını 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 dönü-şümü ve kullanım alanının genişletilmesi oldukça büyük önem taşımaktadır. Bu çalışmanın çıkış se-bebinde 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 kullanılabilece-ği, betonun mukavemet ve ısıl özelliklerini nasıl etkileyeceği çalışmanın temelini oluşturmaktadır.
2. MATERYAL VE METOT
XPE polietilen köpük atıkların beton içinde değer-lendirilmesi iki şekilde incelenmiştir. İlk olarak yapı malzemesi olarak kullanımında betondaki basınç ve eğilme dayanımlarını ne ölçüde etkile-diği, ikincisi ise ısı yalıtım malzemesi olarak kul-lanılabilirliğinin incelenmesidir. Bu amaçla önce-likle XPE malzemesinin birim hacim ağırlığının belirlenmiştir. Yapılan deney sonucunda XPE po-lietilen 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 karış-tırmak için beton içinde bulunan agreganın belirli kısmı çıkarılıp aynı hacim değerinde XPE
mal-zemesinin karışıma eklenmesi gerekmektedir. Karışım oranı belirlenirken belirli bir kriter bulunmadığı için deney sonuç-larına göre bu oranlar değiştirilmiştir. Bunun sonucunda yapı malzemesi olarak kullanılması düşünülen karışımda oran %5 , %10 ve % 15 olarak belirlenmiştir. Isı yalıtım ve izolasyon numunelerinde ise oranlar %5, %10, %15, %40, %45, %50 olarak belirlenmiş ve bu oranlara göre beton reçeteleri hazır-lanmıştır.
Yapı malzemesi için alınan numunelerin basınç dayanımını ölçmek için 15x15x15 cm küp numuneler, eğilme dayanımını ölçmek için ise 10x10x40 cm kiriş numuneler kullanılmıştır. Her oran için toplamda 8 küp, 8 kiriş numune alınması öngö-rülmüştür. Bu numunelerden 3’er tanesi 7 günlük, 2’şer tanesi 14 günlük, 3’er tanesi de 28 günlük kür işleminden sonra de-neylerde kullanılmıştır.
Hazırlanan reçetelere göre karıştırıcıya malzemeler eklenmiş ve gerekli kıvam elde edilene kadar karıştırılmıştır.
Karıştı-rılan numunenin slump değeri 19 olarak tespit edilmiş daha sonra küp ve silindir kalıplara yerleştirilmeye başlanmıştır (Şekil 2).
Numunelerin kalıplara yerleştirilme işlemi sırasında TS EN 12390-2 ve TS 3351'e uygun olarak gerekli sıkıştırma işlem-leri yapılmıştır. Her tabaka, sıkıştırma çubuğu ile en az 25’er defa şişlenmiştir. Sıkıştırma sonrasında, kalıbın dış kenarla-rına, sıkıştırma çubuğu darbelerinden geriye kalan boşluklar doluncaya kadar tokmak ile hafifçe vurulmuştur (Şekil 3). Numune alımı ve korunması ilgili standartlara uygun yapıl-mıştır. Numune alınırken, numunenin beton harmanının ta-mamını homojen bir şekilde temsil etmesine dikkat edilmiştir. Numuneler kalıplara dökülüp yerleştirildikten sonra hareket ettirilmeden yerinde 1 gün bekletilmiştir. Daha sonra kalıptan çıkarılan numuneler gerekli kür işlemleri yapıldıktan sonra basınç ve eğme testleri TS EN 12390-4’e uygun yapılmıştır. Yalıtım malzemesi için özel tasarlanan reçetelere göre
hazır-Şekil 2. Slump Deneyinin Yapılışından Bir Görünüm
Şekil 3. Sıkıştırma İşleminden Bir Görüntü
lanan yalıtım numunelerine ısı iletim katsayısı deneyi uygu-lanmıştır. Deney uygulanması için 120x65x25 mm ölçülerin-de kalıplar hazırlanmıştır. Hazırlanan malzemeler homojen olarak karıştırılıp kalıplara yerleştirilmiştir.1 günlük bekleme süresinden sonra kalıplardan çıkarılan numunelere kür işle-mi uygulanmıştır. Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fa-kültesi Makine Mühendisliği Termodinamik laboratuvarında bulunan Shoterm QIM-D2 ısı iletim katsayısı ölçme cihazı kullanılmıştır.
3. SONUÇLAR VE TARTIŞMA
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-terli sayıda numune hazırlanıp kalıpta bekletilme sürelerine göre birim hacim ağırlıkları, basınç dayanımları ölçülmüştür. 7 günlük kürlerin ortalama birim hacim ağırlıkları 2.359 çık-mıştır ve ortalama basınç dayanımları 42.4 N/mm2
çıkmış-tır.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.
%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 nu-munede tolere edilebilir değerde bir artış söz konusu olmuş-tur. %45 ve %50 oranında XPE hurda içeren numunelerde ise
47,02 46,17 41,63 38,46 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Standart %5 XPE %10 XPE %15 XPE
28 Günlük Basnç Dayanm
N/mm2
% XPE
Şekil 4. Numunelerin 28 Günlük Basınç Dayanımının XPE Hurda Oranına Göre Değişimi [15]
% XPE MPa
Cilt: 55
Sayı: 649
68
Mühendis ve MakinaÇapraz Bağlı Polietilen (XPE) Köpük Atıkların Geri Dönüşümde Kullanılabilirliğinin İncelenmesi
moto, T., Hirai, S., Aida, F. 2003. “Development of
Cross-linked Polymer Material Recycling Technology by Supercri-tical Water,” Proceedings of the 7th International Conference on Properties and Applications of Dielectric Materials, Nago-ya, p. 595-598.
7. Goto, T., Yamazaki, T. 2004. “Recycling of Silane
Cross-linked 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 Protecti-on (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 Tre-atment,” IEEE Symposium on Humanities, Science and En-gineering Research, p. 239-244.
11. Mebarki, F., David, E. 2012. “Corona Resistance and
Die-lectric 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 Moni-toring 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 Kullanı-labilirliğinin İncelenmesi,” Pamukkale Üniversitesi Mühen-dislik Fakültesi Lisans Tezi.
düşüş sürekliliğini sürdürmüştür. Isı iletim katsayısının düşük çıkması bizim için bir avantaj olup numunenin yalıtım mal-zemesi olarak kullanıma uygunluğunu göstermektedir. Şekil 6’da ısı iletim katsayısı ölçülmüş numunelerin grafik üzerinde gösterimi verilmiştir. Grafikteki dalgalanmalar tolere edilebi-lir değerlerdedir.
Yapılan çalışma sonucunda basma ve eğme dayanımı açısın-dan %15 civarında XPE hurda atığın beton içerisine karıştırı-labileceği görülmektedir. Isı iletkenliği açısından bakıldığında ise %40-45 civarlarına kadar hurda XPE atık kullanılmasının ısı iletkenliği üzerinde çok önemli etkisinin olmadığı anlaşıl-maktadır.
KAYNAKÇA
1. US 7569620 B2. 2009. “High Modulus Cross-Linked Pol-yethylene With Reduced Residual Free Radical Concentrati-on 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 Chemi-cal, Environmental and Biological Sciences, Penang, Malay-sia, p.99-102.
3. Yeşilata, B., Işıker, Y., Turgut B. 2009. “Thermal Insulation
Enhancement in Concretes by Adding Waste PET and Rub-ber Pieces,” Construction and Building Materials, vol. 23, p.1878–1882.
4. Wang, Y., Wu, H. C., Li, V. C. 2000. “Concrete
Reinforce-ment With Recycled Fibers,” Journal of Materials in Civil Engineering, p.314-319.
5. Cruz, S. A., Zanin, M. 2003. “Evaluation of the Incorporati-on of Recycled Material in the Dielectric Properties of High Density Polyethylene,” Proceedings of the 7th International Conference on Properties and Applications of Dielectric Ma-terials, Nagoya, p. 503-505.
6. Watanabe, S., Komura, K., Nagaya, S., Morita, H.,
Naka-W/mK
% XPE
