Geri Dön

Polimer nanokompozitlerin özelliklerine değişik nanopartiküllerin etkisinin incelenmesi

Investigation of the effects of various nanoparticles on properties of polymer nanocomposites

PDF İndir

  1. Tez No: 283157
  2. Yazar: GÜLŞEN ALBAYRAK ARI
  3. Danışmanlar: PROF. DR. İSMAİL AYDIN
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Kimya Mühendisliği, Polimer Bilim ve Teknolojisi, Chemical Engineering, Polymer Science and Technology
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2009
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 183

Özet

Nanoteknolojide katedilen ilerlemeler polimer nanokompozitleri, sanayide ve bilim dünyasında kompozit malzemelere yönelik yapılan çalışmalar arasında önde gelen araştırma konularından biri haline getirmiştir. Polimer matris içerisinde nanopartiküllerin homojen dağılımının sağlanamaması polimer nanokompozitlerin hazırlanmasında karşılaşılan en büyük problemlerden biridir. Nanopartiküllere yüzey modifikasyonu yaparak aşılmaya çalışılan bu problem, bazı ısıl ve mekanik özelliklerde kayıba neden olmaktadır. Bu nedenle, bu tez çalışmasında yüzey modifikasyonu yapılmamış mikro- ve nano-partiküller kullanılarak elde edilen polivinil klorür (PVC) kompozitlerinin özellikleri partikül boyutu bakımından karşılaştırmalı olarak incelenmiştir.Bu çalışmada, PVC / kalsiyum karbonat (CaCO3) ve PVC/ silisyum dioksit (SiO2) mikro ve nano-kompozitleri farklı partikül boyutlu dolgu maddeleri kullanılarak, tork reometresinde eriyik harmanlama yöntemi ile hazırlanmış ve kompozitlerin erime, reolojik, mekanik ve ısıl özellikleri incelenmiştir. Dolgu maddesi olarak 40 nm, 290 nm, 1.9 µm ve 3 µm ortalama partikül büyüklüğüne sahip yüzey modifikasyonu yapılmamış dört çeşit CaCO3 ve 25 nm, 250 nm, 1 µm ve 1.5 µm ortalama partikül büyüklüğüne sahip yüzey modifikasyonu yapılmamış dört çeşit SiO2 kullanılmıştır. Ayrıca aluminyum hidroksitin (ATH), PVC mikro- ve nano-kompozitlerinin ısıl özelliklerinde ve hidrojen klorür (HCl) eliminasyonunda meydan getirdiği değişimlerin belirlenmesi için ATH katkı maddesi olarak kullanılmıştır.Hazırlanan kompozitlerin özellikleri tork reometresi, taramalı elektron mikroskopu (SEM), termogravimetrik analiz (TGA) ve mekanik test cihazı (universal testing machine) ile incelenmiştir. Ayrıca örneklerin yoğunlukları ve HCl eliminasyonları belirlenmiştir.Eriyik harmanlamanın gerçekleştirildiği tork reometresinde tork değişimleri ayrıntılı olarak incelenerek kompozitlerin erime özellikleri belirlenmiş ve tork reometresinin tanımlanmış geometrisi için belirlenmiş denklem ve veriler kullanılarak çeşitli reolojik özellikleri hesaplanmıştır. Kompozitlerin erime süresinin ve sıcaklıklarının her iki tür dolgu maddesi için de partikül boyutunun düşmesi ile azaldığı ancak erime ve denge tork değerlerinin arttığı tespit edilmiştir. PVC kompozitlerinin tork reometresinden yararlanarak hesaplanan viskozite-kesme hızı ve kesme gerilimi-kesme hızı ifadelerinden bütün kompozitlerin pseudoplastik davranış gösterdiği, her iki tür dolgu maddesi için de partikül boyutunun düşmesi ile kompozitlerin power law indeks değerlerinin arttığı en küçük partikül boyutuna sahip dolgu maddelerini içeren Ca-40 ve Si-25 nanokompozitlerinin bu duruma uymadıkları tespit edilmiştir.Kompozitlerin SEM ile gerçekleştirilen yapı analizlerinde dolgu maddelerinde yüzey modifikasyonu olmamasına rağmen az miktarda agregat/küme oluşumu ile iyi bir partikül dağılımı gerçekleştiği tespit edilmiştir. Ortalama partikül boyutu 40 nm olan CaCO3 ve 25 nm olan SiO2'i içeren PVC/CaCO3 ve PVC/SiO2 nanokompozitlerinde diğer kompozitlere oranla daha büyük ve daha fazla miktarda agregat/küme oluştuğu gözlenmiştir. Kompozitlerin mekanik özelliklerinde partikül türü, boyutu ve polimer matris içinde dağılımına bağlı olarak değişimler gözlenmiştir. Saf PVC ile karşılaştırıldığında, CaCO3 ilavesinin çekme dayanımını % 10±2 oranında arttırdığı ve CaCO3 ortalama partikül boyutunun dayanımı fazla değiştirmediği gözlenmiştir. SiO2 partiküllerinin ise partikül boyutuna bağlı olarak çekme dayanımını % 10 oranına kadar arttırdığı tespit edilmiştir. CaCO3 ve SiO2 kullanımının kopma uzaması ve elastik modülü değerini yükselttiği, genel olarak kullanılan CaCO3 ve SiO2 partiküllerinin ortalama partikül boyutunun düşmesi ile kopma uzamasının azaldığı ve elastik modülünün arttığı tespit edilmiştir.Kompozitlerin ısıl özelliklerinin dolgu maddesi ortalama partikül boyutunun düşürülmesi ile iyileştiği tespit edilmiştir. HCl eliminasyon testlerinde, PVC/SiO2 kompozitlerinin HCl eliminasyon miktarlarında meydana gelen düşmenin PVC/CaCO3 kompozitlerine göre daha fazla olduğu ve her iki tür dolgu maddesi içinde ortalama partikül boyutunun küçülmesi ile bu düşüş miktarında artış meydana geldiği tespit edilmiştir.

Özet (Çeviri)

Improvements in the nanotechnology have made the ?polymer nanocomposites? to be the prominent research topics amongs the composite material research in the industry and academia. The homogenous dispersion of nanoparticles in a polymer matrix is one of the major problem encountered during the preparation of the polymer nanocomposites. To overcome this problem by surface modification of nanoparticles leads to decrease in some thermal and mechanical properties of polymer nanocomposites. Hence, in this thesis study, properties of PVC composites prepared with micro- and nano-particles without surface modification investigated comparatively with regard to particle size.In this study, polyvinyl chloride (PVC)/calcium carbonate (CaCO3) and PVC/silisium dioxide (SiO2) micro- and nano-composites were prepared by melt processing method in a torque rheometer by using different particle sizes of fillers and fusion, rheological, mechanical and thermal properties of the composites were investigated. Four kinds of CaCO3 with an average particle size of 40 nm/290 nm/1.9 µm/ 3 µm and four kinds of SiO2 with an average particle size of 25 nm/250 nm/1 µm/ 1.5 µm were used as fillers and all of the fillers had no surface treatment. In addition, aluminum hydroxide (ATH) were used as an additive to determine the effects on the thermal properties and HCl elimination of PVC micro- and nano-composites.The properties of the as-prepared polymer nanocomposites were investigated by using torque rheometer, scanning electron microscopy (SEM), thermogravimetry analysis (TGA) and universal tensile test machine. And also, density and HCl elimination of composites were determined.Fusion properties of the composites were determined by analyzing the change of torque in the torque rheometer ,in which melt blending was done. The various rheological units calculated by using equation and data depending on the given geometry of rheometer. It was found that the fusion time and temperature of composites decreased with decreasing the average particle size of each fillers, but in contrast fusion torque and melt torque values increased. For all composites, pseudoplastic behavior observed from the viscosity-shear rate and shear stress-shear rate changes calculated from torque rheometer. It was also determined that power law index values of these composites increased with decreasing the average particle size of fillers except Ca-40 and Si-25 nanocomposites including the smallest particle size of each fillers.It was seen from the SEM analysis of the nanocomposites that the particles were well dispersed accompanied with formation of little aggregate/clustere in the PVC matrix despite of no surface modification of filler. And also, it was observed that the CaCO3 particles with particle size of 40 nm and the SiO2 particles with particle size of 25 nm were more aggregated or bigger clustered than other kinds of fillers. The tensile test illustrated that the mechanical properties of the composites changed according to particle type, size and dispersion in the polymer matrix. Compared with pure PVC, the addition of CaCO3 to composites increased the tensile strength in about 10±2 % and it was seen that the particle size of CaCO3 don?t effect the tensile strength for these composites. In case SiO2 particle, the tensile strength increased up to 10 % with regard to pure PVC according to the particle size of SiO2. Elastic modulus and elongation at break increased with both addition of CaCO3 and SiO2 and generally the decrease in the particle size of these fillers resulted with the increase in the elastic modulus and the decrease in the elongation at break.It was found that thermal properties of composites were enhanced with decreasing the average particle size of fillers. The decrease of HCl elimination amount of PVC/SiO2 composites were more than PVC/CaCO3 composites and this decrease increased with decreasing the particle size of each fillers.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    503012

    The investigation of the irradiation effect on PMMA/MWCNTs polymer nanocomposites

    PMMA/MWCNT polimer nanokompozitler üzerine radyasyon etkisinin incelenmesi

    SONGÜL ULAĞ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Enerjiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Nükleer Araştırmalar Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. NİLGÜN BAYDOĞAN

  2. Tez No

    798862

    Synthesis, characterization and evaluation of skin tissue engineering potential of poly(lactic acid)-nanoclay composite scaffolds doped with various boron components

    Çeşitli bor bileşenleri ile katkılandırılmış poli(laktik asit)-nanokil kompozit doku iskelelerinin sentezi, karakterizasyonu ve deri doku mühendisliği potansiyelinin değerlendirilmesi

    SARA ASGHARI DILMANI

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    BiyomühendislikHacettepe Üniversitesi

    Biyomühendislik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MENEMŞE GÜMÜŞDERELİOĞLU

  3. Tez No

    725912

    Synthesis of poly (Methyl methacrylate) reinforced by multi-walled carbon nanotubes and magnetite nanofillers

    Mwcnt ve magnetit nanodolgular ile güçlendirilmiş poli (Metil metakrilat) sentezi

    ECEM ERMAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik Üniversitesi

    Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. NİLGÜN BAYDOĞAN

  4. Tez No

    397756

    New approaches for the preparation of polymer/clay nanocomposites

    Polimer/kil nanokompozitlerin hazırlanmasında yeni yöntemler

    MUHAMMED AYDIN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2015

    Kimyaİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. YUSUF YAĞCI

  5. Tez No

    636973

    Preparation and characterization of polylactide/poly (butylene adipate-co-terephthalate)/cellulose nanocrystal blend nanocomposites

    Selüloz nanokristal içeren polilaktik/poli (bütilenadipat-ko-tereftalat) harman nanokompozitlerin hazırlanması ve karakterizasyonu

    DENİZ SEMA SARUL

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MOHAMMADREZA NOFAR

Geri Dön