KABAK LF ( LUFFA CYLNDRCA ) NIN FARKLI KULLANIM ALANLARININ ORTAYA ÇIKARILMASI PROJEY HAZIRLAYANLAR: M. Nur ALBAYRAK B. Selcen BEYDA DANIMAN ÖRETMEN: Binnur AKINER ORAL ÖZEL EGE LSES 2009
ÇERK LSTES Proje Adı Amaç Giri Yöntem 1- Kabak liflerinin Temizlenmesi 2- Kabak Liflerinden Kompozit Tabaka ve Abajur Üretimi Sonuçlar ve Tartıma Deerlendirme Teekkür Kaynaklar
Projenin Adı: Kabak Lifinin (Luffa cylindrica) farklı kullanım alanlarının ortaya çıkarılması Projenin Amacı: Bazı yapısal uygulamalarda geleneksel takviye elemanı olarak cam ve karbon gibi sentetik fiberlerin yerini daha ucuz ve yenilenebilir doal fiberler almaya balamıtır. Doal fiberlerin düük younluklu ve ilenmelerinin kolay olması büyük bir avantajdır. Ülkemizde de yetiebilen kabak lifi de bu doal fiberler arasında yer alır. Doada bol miktarda bulunması ve çevre dostu olmasıyla rakiplerine karı üstünlük salayan kabak lifi havayla temas ettii sürece bozunabilir bir özellie sahiptir. Sentetik fiberlerle karılatırıldıında elde edilen tüm avantajlara ramen kendine geni bir kulanım alanı salayamamıtır. Bu çalımadaki amacımızsa düz bir plaka haline getirilen kabak lifinin istenilen alanlarda, ihtiyaca göre farklı matris malzemeleri eliinde, kompozit oluturularak kullanılabileceini göstermektir. Giri: Halk arasında hamam lifi, kabak lifi olarak da bilinen Luffa cylindirica Kabakgiller (Cucurbitaceae) familyasından, meyveleri çok lifli olan, olgunlatıktan sonra banyo süngeri olarak kullanılan bir bitkidir. Aaıdaki ekilden de görüldüü gibi Kabak liflerinin boyları 15-25 cm den 1.20-1.50 metreye kadar çıkabilmektedir. Ortalama çapı 8-10 cm arasındadır. ekil 1. Luffa Cylindirica türleri Kabak lifi tropikal iklime yakın iklim özellikleri gösteren bölgeleri sever. Anavatanı Mısır veya Arabistan olup ülkemizin güneyinde, Hatay ve çevresindeki bahçelerde yetiir. Çin de,
Japonya da ve Asya, Orta Amerika, Güney Amerika daki bazı ülkelerde bolca bulunmaktadır. Dier yaygın doal fiberler gibi temel olarak selülozdan oluur 1. Kabak lifi tek yıllık, kuvvetli ve boyuna uzayan bir bitkidir. Meyveleri silindir biçimindedir ve olgunlatıkça içi kurur. Kurumu kabak lifinin lifçikli damar sisteminin yapısı ekil 2 de ve kabak lifinin bal peteine benzer merkezi kısmı ekil 3 de gösterilmitir. ekil 2. Kurumu kabak lifinin lifçikli damar sisteminin yapısı ekil 3. Kabak Lifinin Merkezi kısmı Fiberlerin çok yönlü olarak daıldıı ve doal bir görünüm kazandırdıı dı kısım ise ekil 4 de gösterilmitir.
ekil 4. Kabak lifinin dı kısmı Bu morfolojik özellikler birçok kompozit uygulamalarında avantaj salayabilir. Dier birçok fiberde olduu gibi merkezi kısmın görülebildii çok sayıda bireysel hücreden olumaktadır. Fiberlerin morfolojik daılımı kabak lifinin içerisinde farklılık göstermektedir 2. Kozmetik ve temizlik sektöründe kullanılmakta olan Luffa temel olarak selüloz, hemiselüloz ve lignin içermektedir. Lifçikli damar yapısından dolayı sudaki organik kirleticileri uzaklatırmak için de kullanılmıtır. Ayrıca yalıtım ve ambalajlama malzemesi olarak da çeitli uygulama alanı bulmutur. Kabak lifinin biyobozunur, doal ve yenilenebilir bir kaynak olması dolayısıyla kullanım alanlarının artması ve petrokimya kökenli malzemelere alternatif olabilmesi hem ekonomik anlamda hem de çevresel anlamda yaamımıza önemli katkılar salayacaktır 3. Yöntem: 1- Kabak liflerinin Temizlenmesi Ege Bölgesinden temin edilen Kabak lifleri ıslatıldıında yumuama özelliinden yararlanılarak ılık suya batırılıp yumuamaları salandı. Yumuamalarının ardından göbek kısımları makas yardımıyla kesilerek sadece dı kısmının kalmasıyla bir takım yabancı maddelerden arındırılması ve daha düz bir tabaka elde etmek için % 1 lik NaOH çözeltisi ile alkali ilemi uygulandı. Bunun için kabak lifleri % 1 lik NaOH havuzuna alınarak, yaklaık bir saat boyunca bu çözeltide bekletildi ve yüzeyindeki baziklii ortadan kaldırmak için saf su
ile iyice yıkandı. Yıkama ilemine yıkama çözeltisi nötr oluncaya kadar devam edildi. Bu ilemin ardından kabak lifleri oda sıcaklıında 1-2 gün boyunca kurumaya bırakıldı. Yapılan ilemler fotoraflarıyla aaıda gösterilmitir. ekil 5. Kabak liflerinin %1 lik NaOH çözeltisi ile temizlenmesi
2- Kabak Liflerinden Kompozit Tabaka ve Abajur Üretimi Kabak lifleri kuruduktan sonra bir tabaka üretebilmek için kabak liflerine polyester matris malzemesi emdirildi. Bu ilemden önce polyester, MEK adı verilen metil eter keton peroksit ile homojen bir ekilde karıtırıldı. Altı ve üstü beyaz ve kalın bir teflonla örtülerek, düz bir tabaka üretebilmek için özel olarak yaptırılmı bir kalıbın içerisine yerletirilen kabak lifleri bir pres cihazına yerletirildi ve sıkıtırılarak oda sıcaklıında bir gün bekletildi. Böylece yüksek basınç altında sertlemesi salandı. Kompozit olutururken teflon kullanmanın amacıysa polyesterin sertletikten sonra tabakanın kalıba yapımasını engellemekti. Bu ilem 4 kere uygulanarak abajurun dört yüzü için de düz tabaka üretilmi olup tabakalar abajurda kullanmaya uygun ekle getirilmek için özel kompozit kesicilerle kesildi. Kesilen tabakalar abajura hem içten hem dıtan silikonla yapıtırıldı. Daha estetik görünmesi için yapıma noktaları plastik bir malzeme ile örtüldü. Bu plastikler de effaf silikonla yapıtırıldı. Üretim aaması aaıdaki resimlerle ayrıntılı bir ekilde gösterilmitir. 2. AAMA 1. AAMA 3. AAMA 4. AAMA
6. AAMA 5. AAMA 7b. AAMA 7a. AAMA ekil 6. Kabak liflerinden kompozit üretimi ve uygulaması Sonuçlar ve Tartıma: Üretilen tabakaların dayanıklılıını ortaya koymak için çekme ve eilme testleri yapılmıtır. 4 kez tekrarlanarak yapılan çekme testi sonucunda kabak lifi tabanlı kompozit tabakanın 24.4 MPa lık çekme mukavemetine dayanabildii ortaya çıkmıtır. Elde edilen çekme grafii aaıdaki gibidir.
ekil 7. Çekme Diyagramı 4 kez tekrarlanan eilme testleri sonucunda da üretilen tabakanın 51.8 MPa lık bir eilme mukavemetine sahip olduu bulunmutur. Elde edilen eilme grafii aaıdaki gibidir. ekil 8. Eilme Diyagramı
Üretilen malzemelerin ııa uzun süre maruz kalmaları sonucu ısınmasıyla yapısının bozunması söz konusu olabileceinden termal kararlılıkları da incelenmitir. Bu amaçla üretilen malzemelerin termogravimetrik analizleri (TGA) yapılmıtır. Malzemeler TGA cihazında 600 ºC ye kadar ısıtılmı ve sıcaklıın fonksiyonu olarak grafie geçirilmitir. Aaıdaki grafikte aırlık kaybı erisi ve onun türev erisi görülmektedir. Elde edilen grafikten de görüldüü gibi üretilen malzemenin maksimum bozunma sıcaklıı 398 ºC olarak bulunmutur. ekil 7. Üretilen kompozit tabakanın TGA Analizi Deerlendirme: Bu çalımada silindirik haldeki kabak lifleri uygun yöntemle açılarak temizlenmi, düz bir tabaka haline getirilmi ve polyester reçine ile düz kompozit tabakalar üretilmitir. Düz tabakalara istenilen ekiller verilerek abujurun dı kısımlarında kendi gelitirdiimiz bir tasarımla kullanılmı ve estetik bir görüntü salanmıtır. Kabak lifi a örgülü olduundan estetik deeri olan bir malzeme üretilmitir. Üretilen kompozit tabakaların termal bozunma sıcaklıkları 400ºC civarında bulunduundan ısı karısında dayanıklı malzeme olarak görülebilir. Ayrıca yapılan mekanik testler de dikkate deer oranda mekanik dayanımın olduunu göstermitir. Üretilen düz bir tabaka olduundan çok farklı malzemelerin
üretilmesine de olanak vermektedir. Örnein; masa, raf, kitaplık, çanta, araç parçaları vb... Ayrıca daha yumuak bir matris malzemesi kullanarak (örnein termoplastik bir matris malzemesi) daha yumuak bir malzeme de üretmek mümkün olabilir. Teekkür: Dokuz Eylül Üniversitesi, Fen-Edebiyat Fakültesi, Kimya Bölümü nden Aratırma Görevlisi Yolda SEK; Dokuz Eylül Üniversitesi, Makine Mühendislii Bölümü nden Aratırma Görevlisi Kutlay SEVER ve Ege Üniversitesi, Makine Mühendislii Bölümü nden Yardımcı Doçent Mehmet SARIKANAT a projenin deneysel kısmının yapımında Dokuz Eylül ve Ege Üniversiteleri nin laboratuvar ve malzemelerinden yararlanmamızı salayıp, ihtiyacımız olan kısımlarda bize bilgi verdikleri için teekkür ederiz. Kaynaklar: 1- V.OA. Tanobe, T.H.D. Sydenstricker, M. Munaro, S.C. Amico, A compehensive characterization of chemically treated Brazillian sponge gourds, Polymer Testing, 24, 2005, 474-482. 2- C. A. Boynard; J. R. M. D'Almeida, POLYM. PLAST. TECHNOL. ENG., 39(3), 489 499 (2000) 3- H. Demir, A. Top, D. Balköse, S. Ülkü, Journal of Hazardous Materials 153 (2008) 389 394