Polihidroksialkonat esaslı biyopolimerlerden eriyikten lif çekim prosesinde proses parametrelerinin lifin mekanik ve yapısal özelliklerine etkisinin araştırılması

Abstract

Bu tez çalışması, polihidroksialkonat (PHA) esaslı biyopolimerlerden biri olan poli(3 hidroksibutirat) (PHB) kullanılarak eriyikten lif çekim yöntemiyle üretilen ipliklerin mekanik ve yapısal özelliklerinin, proses parametreleriyle olan ilişkisini incelemektedir. PHB’nin biyobozunabilir ve çevre dostu özellikleri, sürdürülebilir tekstil ürünlerinin geliştirilmesinde önemli bir fırsat sunarken, yavaş kristal oluşum hızı, düşük kristal yoğunluğu, kırılganlığı ve dar işleme sıcaklık aralığı gibi zorluklar, malzemenin optimize edilmesini gerektirmiştir. Bu bağlamda, çalışmada, germe oranı ve sarım hızı gibi proses parametrelerinin liflerin kristal yapısı, mezofaz oluşumu ve biyobozunma özellikleri üzerindeki etkileri detaylı bir şekilde analiz edilmiştir. Ayrıca, soğutma hattının tasarımında geliştirilen yarım tüp aparatı ile liflerin yapısal özelliklerini kontrol etmek için yenilikçi bir yaklaşım sunulmuştur. Elde edilen sonuçlar, yüksek germe oranlarının ve optimum sarım hızlarının mezofaz yapının oluşumunu desteklediğini ve bu yapının liflerin mekanik dayanımını artırırken biyobozunma hızını kontrol ettiğini ortaya koymuştur. PHB liflerinin toprak ve kompost ortamlarında biyobozunabilirliği test edilmiş, mezofaz yapının düzenliliğinin biyobozunma davranışını etkilediği gözlemlenmiştir. Bu çalışma, PHB’nin sürdürülebilir tekstil ürünleri ve çevre dostu ürün üretiminde kullanılabilirliğini artırırken, proses parametrelerinin optimize edilmesiyle mekanik, yapısal ve çevresel performansının geliştirilebileceğini göstermektedir.This thesis focuses on investigating the mechanical and structural properties of fibers produced from poly(3-hydroxybutyrate) (PHB), a type of polyhydroxyalkanoate (PHA) based biopolymer, using the melt-spinning method, and their relationship with process parameters. While PHB offers significant potential for sustainable textile products due to its biodegradable and eco-friendly properties, challenges such as slow crystallization rate, low crystallinity, brittleness, and narrow processing temperature range necessitate its optimization. In this context, the study thoroughly analyzes the effects of process parameters such as draw ratio and take-up speed on the crystalline structure, mesophase formation, and biodegradation behavior of fibers. Additionally, an innovative half-tube apparatus was developed and incorporated into the cooling line to enable better control over the structural properties of the fibers. The results reveal that higher draw ratios and optimal take-up speeds promote mesophase formation, which enhances the mechanical strength of the fibers while regulating their biodegradation rate. The biodegradability of PHB fibers was tested in both soil and compost environments, showing that the structural regularity of the mesophase significantly influences their degradation behavior. This study demonstrates the potential of PHB for use in sustainable textile products and eco-friendly materials, highlighting the role of process optimization in improving their mechanical, structural, and environmental performance.