Geri Dön

Toughening of polylactide by blending with various elastomeric materials

Polilaktitin çeşitli elastomerik malzemelerle harmanlanarak toklaştırılması

PDF İndir

  1. Tez No: 368848
  2. Yazar: YELDA MEYVA
  3. Danışmanlar: PROF. DR. CEVDET KAYNAK
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Polimer Bilim ve Teknolojisi, Polymer Science and Technology
  6. Anahtar Kelimeler: Polilaktit, Kauçuk Toklaştırma, Etilen Kopolimerleri, Termoplastik Elastomerler, Maleik Anhidrat Uyumlaştırması, Polylactide, Rubber Toughening, Ethylene Copolymers, Thermoplastic Elastomers, Maleic Anhydride Compatibilization
  7. Yıl: 2014
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu 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: 122

Özet

Bu tez çalışmasının birinci bölümünün amacı üç farklı etilen kopolimerinin oldukça kırılgan bir biyopolimer olan polilaktitin (PLA) tokluk ve diğer özelliklerine etkilerini incelemektir. Bu amaç doğrultusunda, PLA değişik miktarlardaki etilen vinil asetat (EVA), etilen metil akrilat (EMA) ve etilen-n-bütil akrilat-glisidil metakrilat (EBA-GMA) ile çift vidalı ekstrüder kullanılarak eriyik halde harmanlanmıştır. SEM ve DSC analizleri bu etilen kopolimerlerinin termodinamik olarak PLA ile karışmadıklarını ve faz ayrışımı yaparak PLA matrisi içerisinde 1-5 mikron boyutlu yuvarlak yapıların oluştuğunu göstermiştir. EVA, EMA ve EBA-GMA'nın kauçuk toklaştırma mekanizmalarının PLA'nın sünekliliğinin ve tokluğunun iyileşmesi için çok etkili olduğu görülmüştür. Kullanılan etilen kopolimerlerin türüne ve miktarına bağlı olarak kırılmadaki % uzama, Charpy darbe tokluğu ve GIC kırılma tokluğu değerlerindeki en yüksek artışlar sırasıyla %160, %320 ve %150 olmuştur. EVA, EMA ve EBA-GMA kullanımının PLA'nın ısıl özelliklerine zarar verici bir etkisi olmamasına rağmen esnemezlik, dayanım ve sertlik değerlerinde belirli düzeylerde düşmelere neden olmuştur. Bu çalışmanın ikinci bölümünün amacı ise PLA'nın mühendislik uygulamalarında da kullanılabilirliğini sağlamak için tokluğunu artırırken, diğer mekanik ve ısıl özelliklerinden de ödün vermemektir. Bu amaç doğrultusunda, PLA iki farklı termoplastik elastomer; TPU (termoplastik poliüretan elastomer) ve BioTPE (biyokütle bazlı termoplastik polyester elastomer) ile harmanlanmıştır. SEM analizi TPU ve BioTPE'nin PLA matrisinde yine mikron boyutlu yuvarlak yapılar oluşturarak PLA ile karışmaz olduklarını göstermiştir. TPU ve BioTPE'nin kauçuk toklaştırma mekanizmalarının ise, çok daha fazla etkili olduğu ortaya çıkmıştır. Örneğin, yalnızca 10 phr TPU ya da BioTPE kullanıldığında PLA'nın KIC ve GIC kırılma tokluğu değerleri sırasıyla %35 ve %130 artarken Charpy darbe tokluğu değeri %300'den fazla artış göstermiştir. Diğer mekanik testler (çekme, eğme, sertlik) ve ısıl analizler (DSC, TGA, DMA) 10 phr TPU ve BioTPE kullanımının PLA'nın diğer mekanik ve ısıl özelliklerine zarar verici bir etkisinin olmadığını göstermiştir. Bu tez çalışmasının üçüncü bölümünün amacı ise maleik anhidrat (MA) uyumlaştırma işleminin TPU ve BioTPE ile harmanlanan PLA'nın tokluk ve diğer özellikleri üzerindeki etkilerini incelemektir. PLA omurga yapısına MA graft edilme işlemi (PLA-g-MA) reaktif ektrüzyon yöntemiyle ayrıca yapılmış ve PLA/termoplastik elastomer karışımlarına eriyik karıştırma esnasında eklenmiştir. Kızılötesi spektroskopi çalışmaları MA graftlarının TPU ve BioTPE yapılarındaki sert segmentlerin fonksiyonel gruplarıyla birincil derecede kimyasal etkileşimler nedeniyle yüksek derecede uyumlaştırma sağlanabileceğini göstermiştir. SEM analizi PLA-g-MA uyumlaştırmasının elastomerik fazların boyutlarını azalttığını, böylece artan yüzey alanının ise daha fazla arayüzey etkileşimi sağladığını göstermiştir. Tokluk testleri kırılgan PLA'nın KIC ve GIC kırılma tokluğu ve Charpy darbe tokluğu değerlerinin PLA-g-MA uyumlaştırması ile çok daha fazla yükseldiğini göstermiştir. Örneğin, PLA'nın GIC kırılma tokluğu %166'ya kadar artmıştır. Ayrıca, PLA-g-MA uyumlaştırmasının PLA karışımlarının diğer mekanik ve ısıl özelliklerine zarar verici bir etkisi olmadığı da gözlemlenmiştir.

Özet (Çeviri)

The purpose of the first part of this thesis was to investigate influences of three different ethylene copolymers on the toughness and other properties of very brittle biopolymer PLA (polylactide). For this aim, PLA was melt blended by twin-screw extruder with various amounts of ethylene vinyl acetate (EVA), ethylene methyl acrylate (EMA) and ethylene-n-butyl acrylate-glycidyl methacrylate (EBA-GMA). SEM and DSC analyses indicated that these ethylene copolymers were thermodynamically immiscible with phase separation in the form of 1-5 micron sized round domains in the PLA matrix. Rubber toughening mechanisms of EVA, EMA and EBA-GMA were very effective to improve ductility and toughness of PLA significantly. Depending on the type and content of the ethylene copolymers, the highest increases in % elongation at break, Charpy impact toughness and GIC fracture toughness values of PLA were as much as 160%, 320% and 158%, respectively. Although there were no detrimental effects of using EVA, EMA and EBA-GMA on the thermal properties of PLA, they resulted in certain level of reductions in stiffness, strength and hardness values. The purpose of the second part of thesis was again to improve toughness of inherently very brittle PLA without sacrificing other mechanical and thermal properties, so that PLA could be used also in engineering applications. For this purpose, PLA was blended with two different thermoplastic elastomers; TPU (thermoplastic polyurethane) and BioTPE (biomass based thermoplastic polyester) in various amounts. SEM analysis again indicated that TPU and BioTPE were immiscible forming fine and uniform round domains in the PLA matrix. It was revealed that rubber toughening mechanisms of TPU and BioTPE were much more effective, e.g. using only 10 phr of one of them increased Charpy impact toughness of PLA more than 300%, while increases in KIC and GIC fracture toughness values were as much as 35% and 130%, respectively. Other mechanical tests (tension, flexure, hardness) and thermal analyses (DSC, TGA, DMA) indicated that there was no significant detrimental effects of using 10 phr TPU and BioTPE on the other mechanical and thermal properties of PLA. The purpose of the third part of this thesis was to investigate the effects of using maleic anhydride (MA) compatibilization on the toughness and other properties of PLA blended with TPU and BioTPE. MA grafting on the PLA backbone (PLA-g-MA) was prepared separately by reactive extrusion and added during melt blending of PLA/thermoplastic elastomers. IR spectroscopy revealed that MA graft might interact with the functional groups present in the hard segments of TPU and BioTPE domains via primary chemical interactions, so that higher level of compatibilization could be obtained. SEM studies indicated that PLA-g-MA compatibilization also decreased the size of elastomeric domains leading to higher level of surface area for more interfacial interactions. Toughness tests revealed that Charpy impact toughness and fracture toughness (KIC and GIC) of inherently brittle PLA increased enormously when the blends were compatibilized with PLA-g-MA. For instance, GIC fracture toughness of PLA increased as much as 166%. It was also observed that PLA-g-MA compatibilization resulted in no detrimental effects on the other mechanical and thermal properties of PLA blends.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    475039

    Effects of glass fiber content, 3D-printing and weathering on the performance of polylactide

    Cam elyaf miktarının, 3D-yazıcı ile şekillendirmenin ve atmosferik yaşlandırmanın polilaktitin performansına etkileri

    SAKİNE DENİZ VARSAVAŞ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Metalurji MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. CEVDET KAYNAK

  2. Tez No

    858652

    Studies on the nanocellulose filled polylactide based biocomposites

    Nanoselüloz parçacıkları içeren polilaktit bazlı biyokompozitler üzerine çalışmalar

    BURCU SARI

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Metalurji MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. CEVDET KAYNAK

  3. Tez No

    527155

    Effects of titania particles on the behaviors of polylactide based composites

    Titanya parçacıklarının polilaktit bazlı kompozitlerin davranışlarına etkileri

    ULAŞ CAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    Metalurji MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. CEVDET KAYNAK

  4. Tez No

    482476

    Toughening of carbon fiber based composites with electrospun fabric layers

    Elektroeğrilmiş kumaş tabakaları ile karbon elyaf esaslı kompozitlerın toklaştırılması

    BERTAN BEYLERGİL

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Makine Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. METİN TANOĞLU

    DOÇ. DR. ENGİN AKTAŞ

  5. Tez No

    323188

    Poli(laktik asit)'in silikon kauçuk ile toklaştırılması

    Toughening of poly(lactic acid) with silicone rubber

    SİBEL YILDIZ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2012

    Polimer Bilim ve TeknolojisiKocaeli Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. BAĞDAGÜL KARAAĞAÇ

Geri Dön