Contribution of boron compounds and nanoclays on the flame retardancy of aluminium diethylphosphinate in neat and fiber reinforced polyamide-6
Alüminyum dietilfosfinatın saf ve elyaf takviyeli poliamid-6'daki alevlenme dayanımına bor bileşikleri ve nanokilin katkıları
- Tez No: 383300
- Danışmanlar: PROF. DR. CEVDET KAYNAK
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Polimer Bilim ve Teknolojisi, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2014
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 153
Özet
Bu tezin ana amacı üç farklı bor bileşiği ve nanokilin, poliamid-6 ve onun ağırlıça %15 kısa cam elyaf takviyeli kompozitinin alevlenme dayanımına katkılarını, alev geciktirici bir organofosfor olan alüminyum dietilfosfinatın varlığında ve yokluğunda incelemektir. Tüm malzeme kombinasyonları ve nanokompozitler çift vidalı ekstrüder ile eriyik halde karıştırma yöntemi ile hazırlanmış, testler ve analizler için gereken numuneler ise enjeksiyon ve basınçlı kalıplama yöntemleri ile şekillendirilmiştir. Tezin ilk bölümünde çinko boratın (ZB) etkileri araştırılmıştır. UL-94 dikey yanma, oksijen limiti indeksi (LOI) ve kütle kaybı konik kalorimetre (MLC) analizleri belirli miktarda alüminyum dietilfosfinatın (ADP) yerine ZB kullanımının pek çok alevlenme dayanımı parametrelerini önemli ölçüde iyileştirdiğini göstermiştir. Örneğin, poliamid‑6'nın ısı açığa çıkma hızı tavan (PHRR) değerindeki azalma tek başına ADP kullanıldığı zaman sadece %32 iken, ZB eklentisi ile %82'ye kadar yükselmiştir. Küllerin morfolojik analizleri, termogravimetrik analiz (TGA), X-ışını kırınımı (XRD) ve çıkan gaz analizleri (EGA), ZB'nin ana katkısının ADP'nin alüminyum fosfinat tabakaları ile oluşan bariyer mekanizmasına bor fosfat tabakalarının eklenmesi yoluyla olduğunu açığa çıkarmıştır. Tezin ikinci bölümünde bor oksit (BO) ve borik asitin (BA) etkileri araştırılmıştır. Bu bölümde, UL-94 ve LOI değerlerinde iyileşmeler görülmemiştir, ancak özellikle poliamid-6 numunelerinin pek çok MLC alevlenme dayanımı parametrelerinde önemli iyileşmeler kaydedilmiştir. Örneğin belirli bir miktar ADP'nin BO veya BA ile yer değiştirmesi paliamid‑6 numunelerinin PHRR değerini sırası ile %84 ve %86 bastırmıştır, oysa bu değer tek başına ADP kullanıldığı durumda yalnızca %32'dir. Çeşitli analizler BO ve BA'nın ana katkılarının ADP'nin bariyer mekanizmasına ek olarak oluşan camsı bor oksit tabakaları ve bor fosfat tabakaları ile olduğunu, göstermiştir. Tezin üçüncü bölümünde ise organik olarak modifiye edilmiş montmorillonit türü nanokilin (NC) etkileri araştırılmıştır. Geçirimli electron mikroskopu ve x-ışını kırınımı analizleri NC tabakalarının polyamide-6 matrisi içerisinde interkale/exfoliye morfolojiye sahip olduklarını göstermiştir. UL-94, LOI ve MLC analizleri yalnızca ağ. %5 NC kullanımının pek çok alevlenme dayanımı parametrelerini iyileştirdiğini açığa çıkarmıştır. NC silikat tabakalarının katkıları ağ. %5 NC ile ağ. %15 ADP birlikte kullanıldığında çok daha önemli olmaktadır. Yapılan çeşitli analizler NC'nin temel alevlenme dayanımı mekanizmasının silika tabakalarının oluşturduğu dolambaçlı yalıtkan yollar içeren bariyer olduğunu böylece yangın sırasında alttaki polimer tabakasını ısı ve kütle transferinden koruduğunu göstermiştir. Ayrıca, ADP kullanımı ile düşen tüm mekanik özelliklerin ağ. %5'nin NC ile yer değiştirmesi ile tamamen telafi edildiği gözlemlenmiştir.
Özet (Çeviri)
The main objective of this dissertation was to investigate contribution of three different boron compounds and nanoclays to the flame retardancy of polyamide-6 and its 15 wt% short glass fiber reinforced composite with and without an organophosphorus flame retardant aluminum diethylphosphinate. All material combinations and nanocomposites were compounded by melt mixing method via twin-screw extruder and the specimens for testing and analyses were shaped by injection and compression molding. In the first part of the thesis, effects of zinc borate (ZB) were investigated. UL-94 vertical burning, limiting oxygen index (LOI) and mass loss cone calorimetry (MLC) analyses indicated that replacement of certain amount of aluminum diethylphosphinate (ADP) with ZB could lead to significant improvements in many flame retardancy parameters. For instance, the suppression in peak heat release rate (PHRR) value of polyamide-6 could be as much as 82%, while it was only 32% when ADP was used alone. Char microscopy, thermogravimetric analyses, X-ray diffraction and evolved gas analyses revealed that the main contribution of ZB to the barrier mechanism of ADP was the formation of additional boron phosphate layers together with aluminum phosphate layers. In the second part of the thesis, effects of both boron oxide (BO) and boric acid (BA) were investigated. In this case, there were no improvements in the values of UL-94 and LOI, but significant improvements in many MLC flame retardancy parameters of especially the neat polyamide-6 specimens. For example, replacement of certain amount of ADP with BO or BA resulted in PHRR suppression of polyamide-6 as much as 84% or 86% respectively, which was only 32% when ADP was used alone. Various analyses indicated that the main contribution of BO and BA to the barrier mechanism of ADP was the formation of additional glassy boron oxide layers and boron phosphate layers. In the third part of the thesis, effects of organically modified montmorillonite type nanoclays (NC) were investigated. Transmission electron microscopy and X-ray diffraction analyses indicated that NC layers had intercalated/exfoliated morphology in the polyamide-6 matrix. UL-94, LOI and MLC analyses revealed that use of only 5 wt% NC could improve many flammability parameters. Contributions of NC silicate layers were much more significant when 5 wt% NC were used together with 15 wt% ADP. Various analyses clarified that the basic flame retardancy mechanism of NC was the formation of insulative barrier via tortuous pathway of silicate layers preventing the underlying polymer from heat and mass transfer during fire. It was also found that, all the mechanical properties lost due to the use of ADP could be compensated when its 5 wt% was replaced with NC.
Benzer Tezler
- Use of boron compounds as synergistic flame retardant in low density polyethylene ethylene vinyl acetate blends and nanocomposites
Bor bileşiklerinin düşük yoğunluklu polietilen etilen vinil asetat karışımları ve nanokompozitlerinde sinerjistik alev geciktirici olarak kullanılması
ESİN İBİBİKCAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Polimer Bilim ve TeknolojisiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CEVDET KAYNAK
- Flame retardancy effects of zinc borate and nanoclay in ABS and boron compounds in PET
Çinko borate ve nanokilin ABS'de, borlu bileşiklerin ise PET'de alev dayanımına etkileri
AYŞE ÇAĞIL ÖZKARACA
Yüksek Lisans
İngilizce
2011
Metalurji MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü
PROF. DR. CEVDET KAYNAK
- Bor ve mineral katkılı selülozik yalıtım malzemesi üretimi ve karakterizasyonu
Production of boron and mineral reinforced cellulosic insulation material and its characterization
İBRAHİM ETHEM KARAAĞAÇLIOĞLU
Doktora
Türkçe
2012
Maden Mühendisliği ve Madencilikİstanbul Teknik ÜniversitesiMaden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET SABRİ ÇELİK
- Savunma sanayii uygulamalarına yönelik grafen takviyeli bor karbür yapıların sps yöntemi ile üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of graphene reinforced boron carbide structures for defense industry applications by sps method
YİĞİT ORKUN AYDOĞAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiSavunma Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLTEKİN GÖLLER
- Yapı malzemesi üretiminde kullanılan bor türevlerine yönelik çalışmaların analizi
The analysis of researches which studies derivatives of boron used in building materials
TUFAN BORA SAMUK
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİHAL ARIOĞLU