Biyo-bazlı sıcak eriyik yapıştırıcıların geliştirilmesi ve karakterizasyonu

Abstract

Yeşil kimya kavramı ve sürdürülebilir kalkınma politikası, sanayi ve teknolojide hammadde tabanını petrolden yenilenebilir kaynaklara yönlendirmektedir. Petrol kaynaklarının hızla azalması, küresel çevre sorunlarına ilişkin farkındalık, yenilenebilir kaynaklara dayalı malzeme üretimini teşvik etmiştir. Bu bağlamda, biyobazlı yenilenebilir malzemeler, şu anda yalnızca petrol bazlı hammaddelere dayalı ürünlerin hâkim olduğu pazarları ele geçirebilecek ve rekabet edebilecek sürdürülebilir ürünler için temel oluşturabilir. Bu durum, ambalajlama, ciltleme, kutu ve karton yapıştırma, tek kullanımlık ürünler, etiket ve bantlarda kullanılan sıcak eriyik yapıştırıcılar (HMA'lar) için de geçerlidir. HMA' lar oda sıcaklığında katı halde bulunan, yüksek sıcaklıklarda düşük viskoziteli sıvı oluşturan ve çözücü içermeyen termoplastik malzemelerdir. Bu tez çalışmasında, biyo-bazlı içerikler kullanılarak HMA' nın geliştirilmesi ve nihai ürünlerin performanslarına eşdeğer ürünün elde edilmesi hedeflenmiştir. Bu ürünün düşük uçucu organik bileşik (VOC) içeriği, çözücü içermemesi, kuruma vb. süreçler için enerji tüketimi gerektirmemesi özellikleri sebebiyle sürdürülebilirlik ilkesine katkı sağlayacağı düşünülmüştür. HMA' nın ana bileşenleri olan petrol bazlı polimer, reçine ve vaks yerine belli oranda biyo-bazlı malzemeler kullanılarak laboratuvar ölçeğinde çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Optimizasyon çalışması için Cevap Yüzey Metodu (RSM) ile birleştirilmiş BoxBehnken Deneysel Tasarımı kullanılmıştır. HMA'nın viskozite, yumuşama noktası, açık kuruma süresi ve sabitlenme süresi olarak seçilen özelliklerine polimer, reçine, vaks olarak belirlenen üç bağımsız değişkenin etkileri incelenmiştir. Viskoziteyi ve sabitlenme süresini en çok değiştiren parametrenin polimer miktarı, yumuşama noktası ve açık kuruma süresine en çok etki eden parametrenin vaks miktarı olduğu tespit edilmiştir. Ayrıca, biyo-bazlı HMA'nın Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi (FTIR), Termogravimetrik Analiz (TGA), Diferansiyel Taramalı Kalorimetre Cihazı (DSC) ve çekme testi karakterizasyon analizleri yapılmış ve standart numune ile karşılaştırılmıştır.

The concept of green chemistry and sustainable development shifts the industrial and technological reliance on petroleum to renewable resources. Depletion of petroleum reserves and growing environmental concerns have induced the production of materials derived from renewable sources. Bio-based renewable materials offer a foundation for sustainable products that can compete in markets dominated by petroleum-based alternatives. This situation is also the same for hot melt adhesives (HMAs) used in packaging, binding, disposable products, and more. HMAs are solid at room temperature, become liquid when heated, and are solvent-free. The aim of this study is to develop a HMA using bio-based ingredients that fulfill the performance of conventional products. This bio-based HMA has low volatile organic compound (VOC) content, no solvents, and no drying time. It is expected to contribute to sustainability principles by eliminating the need for more energy-intensive processes. Laboratory-scale experiments replaced petroleum-based components with bio-based materials such as polymer, resin, and wax in an HMA formulation. Box-Behnken Experimental Design combined with Response Surface Methodology was used to investigate the effects of independent variables of polymer, resin, wax for viscosity, softening point, open time, and setting time on HMA. The results revealed that the polymer had the most significant impact on viscosity and setting time, wax on the softening point and open time. The developed bio-based HMA was further examined via Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Thermogravimetric Analysis (TGA), Differential Scanning Calorimetry Device (DSC), and tensile testing to compare its properties with the standard product specimen.