Silisyum-PVA ve silisyum-PVC kompozit tozlarının pirolizi ve karakterizasyonu

Abstract

Plastikler modern yaşamın çok çeşitli alanlarında sağladıkları önemli avantajlar nedeniyle tercih edilen ve tüketimi sürekli artış gösteren bir malzeme grubudur. Bununla birlikte plastiklerin, tabiatta meydana getirdiği en büyük problem; organik maddeler gibi çürüyüp parçalanmamaları ve yüzyıllarca dünyamızı kirletecek olmalarıdır. Polimer kökenli olan atık plastikler giderek daha büyük bir problem haline gelmekte ve günümüzde şehir çöp atıklarının (ağırlık olarak %7 ve hacim olarak %20’lik kısmını) önemli bir oranını işgal etmektedirler. Bu sebeple çöplüklerden toplanıp tekrar kullanma ya da geri dönüşüm amaçlarıyla işlenmeleri gerekmektedir. Bu bağlamda daha ekonomik ve çevreci plastik geri dönüştürme teknolojilerine ihtiyaç olduğu açıktır. Silisyum karbür malzemeler yüksek mekanik mukavemet, yüksek oksitlenme direnci ve ısıl şok direnci gibi üstün özelliklere sahiptir. Endüstride büyük ölçeklerde Acheson yöntemi ile üretilen silisyum karbür elektrikli fırın ortamında ve yaklaşık 2000ºC sıcaklığın üzerinde silis ve kok arasında gerçekleşen karbotermik reaksiyonla meydana gelir. Özellikle pişirme fırınlarında kullanılan refrakterler içerisinde önemli bir yere sahip olan silisyum karbür; balistik zırh plakalar, aşınmaya dirençli nozul, döküm filtresi, döküm potası ve seramik fırın malzemelerinde, korozyona karşı yüksek dayanım gösterdiğinden yaygın olarak aşındırıcı olarak ve demir-çelik yapımında metalurjik katkı olarak da kullanılır. Bu ilginç özelliklerinin yanında SiC yüksek sıcaklıklarda yapısındaki karbonu bırakmadan kararlılığını koruyabilmektedir. Bu çalışmada; karbon kaynağı olarak kullanılan polimerler PVA ve PVC’nin silisyum ile yüksek enerjili öğütme ortamlarında karıştırılmasının ardından 700oC’de gerçekleştirilen piroliz işlemi esnasında açığa çıkan parçalanma ve bozunma ürünlerinin silisyum ile etkileşimi incelenmiş ve bozunma ürünlerindeki karbonun SiC gibi kararlı bir bileşik olarak yapıda tutulabilirliği araştırılmıştır. Bu amaçla; farklı sürelerde uygulanan karıştırma işleminin farklı silisyum toz ve polimer oranlarının fonksiyonu olarak piroliz öncesi ve sonrasında tozların fiziksel özelliklerindeki değişimler, kalıntı karbon ve yeni faz oluşumları üzerine olan etkisi incelenmiştir.

Plastics encompass a large material group preferred in many varieties of modern life whose consumptions are exhibiting a continuous increase. However, the biggest problem of plastics is that they do not degrade like organic materials and they will pollute our planet throughout centuries. Therefore, polymer based waste plastics have been increasingly becoming a major problem depending on increasing consumption figures and occupy (7% by weight and 20% by volume as average) huge volume in the consumer waste. For this reason, plastics must be collected from garbage and be processed for reuse or recycling purposes. It is clear that, more economical and environmentally advantageous technologies are still needed instead of current methods of plastic waste assessment Silicon carbide materials are known with their superior properties such as high mechanical strength, high oxidation resistance and thermal shock resistance. Silicon carbide which occurs through carbothermic reactions between silica and coke approximately above 2000°C and is produced in large scales by the Acheson method. Silicon carbide is widely used in refractory furnaces and it is also used in many other areas such as ballistic armor plates, corrosion resistant nozzles, casting filter, crucibles for melting. Beside these interesting physical properties it has, SiC is very stable even at high temperatures without loosing its carbon. In this study; the polymers PVA and PVC used as carbon source and mixed with silicon powder via high-energy milling process. The mixtures were pyrolysed at 700 °C under argon atmosphere and products were examined for the investigation of the reaction of decomposition and degradation products with silicon. For this purpose, before and after pyrolysis, experiments were carried out as a function of mixing time and Si/polymer ratio. Level of carbon residue, phase analysis and variations in physical properties of before and after pyrolysis were characterized.