Geri Dön

Styrene - butadiene rubber / halloysite nanotubes nanocomposites modified by itaconic acid

İtakonik asitle modifiye edilmiş stiren - bütadien kauçuk / haloysit nanotüp nanokompozitleri

PDF İndir

  1. Tez No: 352422
  2. Yazar: GİZEM UZAN
  3. Danışmanlar: PROF. DR. NURSELİ UYANIK, YRD. DOÇ. DR. BAĞDAGÜL KARAAĞAÇ
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Polimer Bilim ve Teknolojisi, Polymer Science and Technology
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2014
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 99

Özet

Kauçuklar, polimerik malzemeler içinde önemli bir sınıftır. Hafif olmaları, elastik özellik göstermeleri ve kolay işlenebilirlikleri yaygın olarak kullanılmalarının sebeplerindendir. Doğal ve sentetik kauçuklar olmak üzere iki gruba ayrılırlar. Poliisopren kauçuk (IR), butadiene kauçuk (BR), akrilonitril-bütadien kauçuk (NBR), etilen-propilen-dien kauçuk (EPDM), polikloropren (CR), butil kauçuk (IIR) ve stiren-bütadien kauçuk (SBR), başlıca kullanılan sentetik kauçuklardandır. SBR, stiren ve butadien monomerlerinin emülsiyon ya da süspansiyon polimerizasyonuyla elde edilen sentetik bir kauçuk türüdür. Bütadien/stiren oranı genellikle 75/25'tir. SBR, genelde 250000-800000 arasında ortalama molekül ağırlığı değerlerine sahip olarak üretilir. Polimerizasyon tipi, SBR'nin özellikleri üzerinde etkilidir. Örneğin; çözelti polimerizasyonunda elde edilen SBR'nin molekül ağırlığı dağılımı dar iken, emülsiyon polimerizasyonuyla elde edilen SBR'nin molekül ağırlığı dağılımı geniş olmaktadır. SBR'nin yapısındaki stiren oranı da özelliklerini etkileyen bir başka parametredir. SBR'nin yapısındaki stiren miktarı arttıkça elastikiyeti azalır, işlenmesi daha zor hale gelir fakat mekanik özellikleri, içinde daha az stiren bulunan SBR'ye gore daha iyidir. Yapı, içerisinde stiren halkası bulundurduğu için düzensiz olduğundan kristallenmeye yatkın değildir. Bir çok uygulamada doğal kauçuk (NR) yerine kullanılır. SBR, NR'a göre daha kolay işlenebilir. Elastik davranışları NR kadar iyi olmasa da aşınma ve ısıya dayanım özellikleri NR'tan daha üstündür. Polar olmayan sıvılara, çözücülere, seyreltik asit ve bazlara dayanıklı olup yakıt ve yağlara dayanıksızdır. Tüm sentetik kauçuk üretiminin yarısına karşılık gelir ve sanayide en çok otomobil lastiği üretiminde kullanılır. SBR, güçlendirici dolgu maddesi kullanılmadığı durumlarda çoğu uygulama için uygun değildir. SBR karışımlarında yaygın olarak kullanılan dolgu maddeleri; karbon karası (CB), silika ve killerdir. Bir kauçuk matrisinde dolgu; optik özellikler, renk, yüzey özellikleri, yapısal kararlılık, termal, manyetik, elektriksel özellikler, mekanik özellikler, dayanıklılık, reolojik özellikler, kimyasal reaktivite ve biyobozunurluğu etkileyen bir bileşendir. Kauçuk-kil nanokompozitleri konusu birçok araştırmacı tarafından ilgi görmüş ve günümüzde de ilgi görmektedir. Nano boyutta kil içeren nanokompozitler; gelişmiş mekanik, termal ve gaz bariyeri özelliği, yüksek alev geciktiricilik, çözücü emiliminin daha düşük olması, kimyasal madde ve şekil hafızası gibi özelliklere sahiptir. Haloysit nanotüp (HNTs), kaolinit grubuna ait bir nanokil türüdür. HNTs'in kimyasal yapısı Al2[Si2O5(OH)4].2H2O'dur ve topraktan elde edilir. Silikon dioksit ve aluminium oksit tabakaları arasındaki uyumsuzluktan kaynaklanan gerilimden dolayı tüp şeklini alır. İç yarıçapı 10-30 nm, dış yarıçapı 30-100 nm, uzunluğu ise yaklaşık 10μm'dir. Yüksek L/D oranı, polimerlerin birçok özelliğini geliştirir. Yapılan çalışmalarda, HNTs birçok plastik ve kauçuk için takviye edici ve özellikleri geliştiren bir dolgu maddesi olarak kullanılmıştır. Eşsiz kristal yapıdaki HNTs doğadan mineral olarak elde edilmektedir ve yapı olarak benzeri olan fakat elde edilmesi oldukça pahalı olan karbon nanotüp (CNT)'e bir alternatif olma özelliği taşımaktadır. Doğadan mineral olarak elde edildiği için de ekonomik bir malzemedir. Polimer/kil nanokompozitlerinin performansını belirleyen iki önemli etken arayüz bağlanması ve kilin homojen bir şekilde dağılmasıdır. HNTs aktif olmayan bir yüzeye sahiptir ve kauçuk makromolekülleriyle uyumsuzdur. Bu sebepten istenmeyen arayüz etkileşimlerine sebep olur, kauçuk matrisi içinde topaklanmalar meydana gelebilir ve takviye edici bir dolgu maddesi olarak etkin olamaz. Dolayısıyla HNTs etkin dolgu maddesi olarak kullanılacaksa yüzey modifikasyonu uygulanması gerekir. SBR/HNTs nanokompozitlerinin özelliklerini iyileştirmek için çalışmalar yapılmış ve resorsinol-hegzametilentetramin kompleksi, aminosilanlar, sorbik asit, metakrilik asit gibi bazı modifikasyon ajanları kullanılmıştır. Bunun yanı sıra literatürde kauçuk matrisinde HNTs ve oldukça yaygın şekilde takviye edici dolgu maddesi olarak kullanılan karbon karasının birlikte kullanıldığı çalışmalar da vardır, fakat sayıları sınırlıdır. Bu çalışmada itakonik asit (IA), çift karboksil grubu ve reaktif asitlerin olumlu etkileri nedeniyle SBR/HNTs ve SBR/HNTs/CB karışımları için modifikasyon ajanı olarak kullanılmıştır. 9 adet karışım CB'sız, 6 adet karışım ise CB'lı olmak üzere 15 adet karışım laboratuvar tipi kauçuk milinde hazırlanmıştır. CB'sız karışımlar için HNTs miktarı 0-30 phr aralığında ve IA miktarı 0-5 phr aralığında, CB'lı karışımlarda ise HNTs miktarı 0-20 phr aralığında, IA miktarı 0-1 phr aralığında ve CB miktarı 20-40 phr aralığında tutulmuştur. Karışımların camsı geçiş sıcaklıkları (Tg) ve pişme pik sıcaklıkları diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) ile belirlenmiştir. IA eklenmesi ile pişme pik sıcaklıklarının önemli ölçüde arttığı gözlemlenmiştir. Karışımların pişme zamanı ve pişme karakteristik özellikleri, 180oC sıcaklıkta, reometre ile belirlenmiştir. Reometre kauçuk karışımının vulkanizasyonu sırasındaki akma davranışını ölçer ve reometre eğrisini verir. Karışıma istenen yüksek sıcaklık ve basınç altında salınım gerilimi uygular ve çapraz bağ yoğunluğundaki artışın sonucu olarak torktaki artışı zamanın bir fonksiyonu olarak gösterir. Testin yapıldığı sıcaklıktaki minimum viskozitesi (ML), %100 pişmenin gerçekleştiği andaki tork değeri (MH), pişmenin ilk başladığı süre hakkında bilgi veren ön pişme (ts2, scorch) süresi ve MH-ML aralığındaki tork değerinin %90'ını elde edebilmek için geçen sürenin %90'ını ifade eden t90 gibi kauçuk malzemenin pişme davranışı hakkında önemli bilgiler veren değerler reometre cihazıyla elde edilmiştir. Karışımların pişme zamanları içerisinde bulunan HNTs, IA ya da CB miktarına gore farklılıklar göstermiştir ve 2,5-10 dakika arasındadır. Maksimum tork değeri de HNTs, IA ve CB miktarlarından etkilenmiştir; fakat karışımların ML değeri gözle görülür bir değişikliğe uğramamıştır. Pişirmede kullanılan 2 mm'lik kalıpların içini dolduracak karışım kütlesini belirlemek için yoğunlukları ölçülmüştür. Karışımların vulkanizasyon işlemi, 180 oC sıcaklıkta ve reometrede belirlenen sürelerde, hidrolik preste gerçekleştirilmiştir. Preste pişirilmiş 2mm kalınlığında hazırlanan plakalardan ASTM D412 standardına gore papyon numuneler kesilmiştir. Kesilen numunelerin mekanik özellikleri (kopma dayanımı, kopmada uzama, elastisite modülü), 500 mm/dk çekme hızıyla gerçeklen çekme testiyle belirlendi. Çekme testiyle elde edilen elastisite modülü değerlerinden ise çaprazbağ yoğunluğu değerleri elde edilmiştir. Nanokompozitlerin çaprazbağ yoğunluğu değerleri HNTs miktarı artışında azalırken, IA varlığı da nanokompozitlerin çaprazbağ yoğunluğu değerlerini olumsuz yönde etkilemiştir. Nanokompozitlerin HNTs, IA ve CB miktarlarına gore kopma dayanımında, kopmada uzama değerlerinde ve elastisite modülü değerlerinde değişiklikler gözlenmiştir. Nanokompozitlerin sertlik değerleri, Shore A tipi durometre ile, ASTM D2240 standardına göre ölçülmüştür. Kauçuk malzemenin sertliği, genel anlamda, metal bir çubuk, bilye ya da iğnenin batmasına karşı gösterdiği direnci ifade eder. Mekanik özelliklerde olduğu gibi sertlik değerleri de nanokompozitlerin HNTs, CB ve IA içeriklerine gore değişiklik göstermiştir. HNTs'nin SBR matrisi içerisinde dağılımı ve nanokompozitlerin morfolojik özellikleri taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile belirlenmiştir. SEM fotoğrafları, çekme testiyle koparılmış yüzeyler üzerinden elde edilmiştir. Mikrograflar, nanokompozite IA eklenmesinin, HNTs'nin SBR matrisi içinde dağılımını olumlu yönde etkilediğini göstermektedir.

Özet (Çeviri)

Rubbers are very important class of polymeric materials. It is commonly used for its low weight, elasticity and processabilty. Styrene-butadiene rubber (SBR) is a type of synthetic rubber and it represents half of all synthetic rubber production. SBR is not sufficient in common applications without compounding with reinforcing filler. Favourite fillers used in SBR compounds are carbon black (CB), silica and clays. Rubber-clay nanocomposites have been widely investigated by various researchers. The nanocomposites with nanosized clay particles provide high mechanical properties, enhanced thermal stability, improved gas barrier properties, high flame retardency, decreased solvent uptake as well as increased chemical and shape memory properties. Halloysite nanotubes (HNTs) are among nano clays with large L/D ratio which provide improved properties for polymers. Due to low compatibility with rubber macromolecules, HNTs decrease dispersion quality and show poor interfacial interaction in rubber matrices without surface modification. There have been some attempts for improving the performance of SBR/HNTs nanocomposites with reactive modifiers e.g. sorbic acid (SA) and methacrylic acid (MAA). Beside this, limited studies, which HNTs and CB were used together in rubber compounds, can be found in literature. In this study, SBR – HNTs compounds were prepared without and with CB. Effects of itaconic acid (IA) have been evaluated as a modifier between HNTs and SBR matrices in SBR/HNTs and SBR/HNTs/CB nanocomposites. Total number of compounds were 15 (9 of them without CB, remaining with CB). HNTs amount was between 0-30 phr and IA amount was between 0-5 phr for compounds which are without CB. HNTs amount was 0-20 phr, IA amount was 0-1 phr and CB amount was 20-40 phr for compounds which are with CB. Compounds were prepared by using laboratory type two roll mill. Differential scanning calorimeter (DSC) was used to determine the glass transition (Tg) and curing peak temperatures of the compounds. Curing peak temperatures increased by adding IA. The curing time and curing characteristics of compounds were obtained by using moving die rheometer (MDR). Curing times were different for compounds depending on their HNTs, IA or CB contents and they were between 2.5-10 minutes. Maximum torque value (MH) was affected by HNTs, IA and CB amounts but minimum viscosity did not change significantly. Density measurements were done to determine the mass of compounds which will be moulded at hydraulic hot press. The compounds were cured at hydraulic hot press at 180 oC for own pre-determined curing times. Mechanical properties of nanocomposites (tensile strength, elongation at break, Young's modulus) were obtained with a tensile test machine and crosslinking densities were procured with Young's modulus values. Depending on content of nanocomposites, mechanical properties exhibited discrepancies. Hardness values were measured by using a Shore A type durometer. Morphological properties of the nanocomposites were obtained with a scanning electron microscope (SEM). It can be said that with SEM images, better dispersion behaviour for HNTs can be attained with existence of IA.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    676091

    Stiren-bütadien kauçuğun özelliklerinin farklı nanodolgularla geliştirilmesi

    Improvement of the properties of styrene-butadiene rubber with different nanofillers

    SEDA BEKİN AÇAR

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    Polimer Bilim ve TeknolojisiYalova Üniversitesi

    Polimer Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MEHMET ATİLLA TAŞDELEN

    DOÇ. DR. BAĞDAGÜL KARAAĞAÇ

  2. Tez No

    699093

    Farklı dolguların ve dolgu yüzey modifikasyonlarının lastik kompaund malzemelerin mekanik özelliklerine etkisinin araştırılması

    Investigation of the effect of different fillers and filler surface modifications on the mechanical properties of tire compound materials

    NEŞE KAYNAK

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    Polimer Bilim ve TeknolojisiYalova Üniversitesi

    Polimer Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SİNAN ŞEN

  3. Tez No

    611453

    Kınanın nitril kauçuk (NBR) ve stiren bütadien kauçuk (BSR) esaslı malzemelerde antioksidan etkisi

    Antioxidant effect of henna on nitrile rubber (NBR) and styrene-butadiene rubber (SBR) based materials

    ONUR KANTARCI

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Kimya MühendisliğiKocaeli Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. BAĞDAGÜL KARAAĞAÇ

  4. Tez No

    467257

    Acoustic properties of styrene butadiene rubber-isocyanate composition reinforced with carbon nanotubes and silicon oxide nano-powder

    Silikon oksit nano tozları ve karbon nanotüpleri ile güçlendirilmiş stiren bütadien kauçuk-izosiyanat kompozisyonunun akustik özellikleri

    ALKAN SANCAK

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik Üniversitesi

    Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. LEVENT TRABZON

  5. Tez No

    467306

    Investigation of thermal aging of styrene butadiene rubber/ethylene propylene diene monomer blends

    Stiren butadien kauçuk ve etilen propilen dien kauçuk karışımlarının ısıl yaşlandırmalarının incelenmesi

    ZEYNEP SONGUR

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. NURSELİ UYANIK

Geri Dön