Geri Dön

Investigation of the effects of chrome-tanned leather additives in natural rubber and styrene-butadiene rubber

Kromla tabaklanmış deri katkısının doğal kauçuk ve stiren-bütadien kauçuğuna etkisinin incelenmesi

PDF İndir

  1. Tez No: 439623
  2. Yazar: SEMİH ŞAŞMAZ
  3. Danışmanlar: PROF. DR. NURSELİ UYANIK
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Polimer Bilim ve Teknolojisi, Polymer Science and Technology
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2016
  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: 109

Özet

Polimerik malzemeler arasında geniş bir yeri olan kauçuklar yüksek elastikiyet, iyi aşınma dayanımı, düşük deformasyon gibi performans açısından önemli özelliklerinin yanında içerisine katılan malzemelerin türü ve/veya malzemelerin oranları değiştirilerek çok çeşitli mekanik özellikler elde edilebildiğinden dolayı oldukça geniş bir kullanım alanına sahiptirler. Kauçuklar diğer polimerlere göre üstün olan bu özelliklerini yapılarında oluşan çapraz bağlarla sağlamaktadırlar. Ham halde bulunan kauçuklarda bu çapraz bağlar olmamakla birlikte ısı, basınç gibi etkilerle vulkanizasyon adı verilen işlemler gerçekleştirerek kauçukların yapılarında bu çapraz bağlar elde edilebilmektedir. Genel olarak bakıldığında kauçuklar doğal ve sentetik olmak üzere iki ana gruba ayrılmaktadır. Doğal kauçuk (NR) sahip olduğu üstün özelliklerden dolayı diğer kauçuklara göre ön plana çıkmaktadır. En yaygın kullanılan sentetik kauçuklar stiren-bütadien kauçuğu (SBR), akrilonitril-bütadien kauçuğu (NBR), etilen-propilen-dien monomer kauçuğu (EPDM), kloropren kauçuğu (neopren, CR) ve silikon kauçuğudur (Q). Adı geçen sentetik kauçuk türlerinin arasında, SBR, tüketimi en fazla olan kauçukların başında gelmektedir. Yaygın olarak kullanılan kauçuklar genellikle çok çeşitli katkı ve dolgu malzemeleri ile birlikte hamur halinde karıştırılarak üretilmekte ve bu malzemeler sayesinde özelliklerinde istenilen değişiklikler yapılabilmektedir. Dolgu maddelerinin kauçuk hamuruna katılmasıyla maliyet düşürülmekte ve/veya katkı malzemeleri kullanılarak işlenebilirlik, mekanik özellikler, fiziksel özellikler istenildiği gibi geliştirilebilmektedir. Derinin yapısına bakıldığında üç boyutlu olarak çapraz bağlanmış kollajen lifler, keratin ve yağ gibi yapılara rastlanmaktadır. Derinin sahip olduğu kollajen yapı, biyolojik ve kimyasal bozunmasını önlemek amacıyla yapılan kromla tabaklama işlemleriyle kararlı hale getirilmektedir. Bu işlem sonucunda derinin fiziksel ve kimyasal özellikleri güçlenmekte ve görünüşünde de iyileşme meydana gelmektedir. Üretim sırasında ortaya çıkan kromlu deri atıklarının (CTL) çevreye olan olumsuz etkilerinden dolayı, bu atıkların çeşitli yöntemlerle değerlendirilmesi gerekmektedir. Yapısında bulunan çapraz bağlı kollajen lifler sayesinde temel fiziksel özelliklerinin benzerlik gösterdiği kauçuk esaslı malzemelere katkı olarak kullanılmasının, bu atıkların değerlendirilmesi açısından iyi bir seçenek olduğu düşünülmüştür. Bu çalışmada, CTL parçacıkları, NR, SBR ve NR/SBR kauçuk karışımlarına katılarak; ısıl ve morfolojik özelliklerdeki değişikliklerle birlikte, yaşlandırma öncesi ve yaşlandırma (70 oC, 70 saat) sonrası mekanik özelliklerdeki değişimler de incelendi. CTL talaşları kauçuk karışımlarına eklenmeden önce yapısındaki nemi uzaklaştırmak amacıyla 80 oC`de 6 saat etüvde bekletildi. Elek analizi sonuçlarında kullanılan CTL katkısının %77,6 oranındaki kısmının boyutlarının 500-2000 μm arasında değiştiği kaydedildi. CTL katkısının NR, SBR, NR/SBR kauçuk karışımlarına etkisinin incelenmesi için farklı oranlarda karışımlar hazırlandı. Bu oranlar her kauçuk türü için bir adet deri katkısı içermeyen referans numune olmak üzere 5, 10, 15 ve 20 phr CTL içerecek şekilde belirlendi. Bütün bileşenler laboratuvar tipi dahili karıştırıcıda (banbury) yaklaşık 10 dakika süren karışım işlemiyle kademeli olarak karıştırıldı, sonrasında hem homojenizasyonu sağlamak hem de plaka haline getirmek için açık milden geçirildi. Diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) ile yapılan analiz sonucunda karışımların kürleşme pik entalpileri (ΔHc) elde edildi. NR ve %1`lik amonyak solüsyonu ile nötralize edilmiş CTL katkısının bulunduğu NRN karışımlarında deri katkısının ΔHc değerlerinin arttırdığı ancak SBR ve NR/SBR karışımlarında ise ΔHc değerlerini azalttığı görüldü. Karışımların kürleşme davranışları 160 oC sıcaklıkta reometre cihazı (MDR) ile belirlendi. Minimum tork (ML), maksimum tork (MH), ön pişme süresi (ts2), MH-ML aralığındaki tork değerinin %90`ını elde edebilmek için gerekli olan süreyi ifade eden optimum pişme süresi (t90) gibi reometre parametreleri elde edildi. Artan deri katkısının kauçukların pişme sürelerini azalttığı görüldü. NR ve NRN karışımları için pişme süresinin 1,5 ile 2 dakika, SBR karışımları için 2 ile 5 dakika, NR/SBR karışımları için 2 ile 3 dakika arasında değiştiği gözlemlendi. Vulkanize edilecek kauçukların kalıp için gerekli miktarının tayin edilebilmesi için yoğunluk ölçme cihazından faydalanıldı. Vulkanizasyon işlemi, DSC ve reometre sonuçlarından elde edilen verilere göre 160 oC`de 140 bar basınçta hidrolik preste gerçekleştirildi. Numuneler 2 mm ve 6 mm kalınlıklardaki plakalar halinde hazırlandı. Örnekler, standart kalıplar kullanılarak çekme testi için papyon ve yırtılma testi için pantolon şeklinde kesildi. Kopma dayanımı, kopmadaki uzama, yırtılma dayanımı gibi değerler genel amaçlı çekme cihazı kullanılarak elde edildi. Deri katkısının NR ve NRN kompozitlerinin kopmada uzama, kopma dayanımı ve yırtılma dayanımı değerlerini bir miktar etkilediği ancak SBR ve NR/SBR kompozitlerinde bu değerlerde iyileşme sağladığı görüldü. Sertlik değerleri Shore A sertlik ölçüm cihazıyla belirlendi. Kompozitlerin aşınma dirençleri, yük altında kalıcı deformasyon davranışları da ölçüldü. Yük altında kalıcı deformasyon değerlerini belirlemek için örnekler kalınlıklarının % 25`i oranında sıkıştırılarak oda sıcaklığında 22 saat bekletildi. Değişik miktarlarda deri içeren kauçuk karışımlarının kütlelerinde bozunmayla meydana gelen değişiklikleri belirlemek amacıyla ısıl ağırlık ölçümü (TGA) cihazı kullanıldı. Artan deri katkısının karışımların bozunma sıcaklıklarını öne çektiği ve 400 oC sonrasındaki kalıntı miktarını azalttığı gözlendi. Numuneler 70 oC ve 70 saat ısıl yaşlandırmaya tabi tutuldu ve yaşlandırma sonrası mekanik özelliklerdeki değişimler incelendi. Yapılan testlerde CTL miktarındaki artışın NR esaslı karışımların yaşlanma sonrası kalıcı deformasyon değerlerini kabul edilebilir bir miktarda arttırırken, SBR ve NR/SBR esaslı karışımların yaşlanma sonrası kalıcı deformasyon değerlerinde önemli artışlara sebep olduğu görüldü. Sertlik testi sonuçları değerlendirildiğinde CTL katkısının karışımların yaşlanma sonrası sertlik değişimine etki etmediği görüldü. Yırtılma testi sonuçlarından elde edilen veriler değerlendirildiğinde ise deri katkısının NR esaslı kauçuk karışımlarının yaşlanma sonrası yırtılma dayanımlarını etkilemediği, ancak SBR esaslı kompozitlerin yaşlanma sonrası yırtılma dayanımlarının artışında, CTL miktarının artmasıyla birlikte bir azalışın meydana geldiği kaydedildi. NR/SBR esaslı karışımlarda ise bu azalma miktarının daha az miktarda olduğu görüldü. NR esaslı kompozitlerin yaşlanma öncesi çekme dayanımları artan CTL içeriğiyle paralel olarak azalırken yaşlanma sonrası çekme dayanımlarının deri katkısıyla birlikte arttığı kaydedildi. SBR esaslı kompozitlerde ise CTL katkısı yaşlanma öncesi çekme dayanımını değiştirmemesine karşın yaşlanma sonrası çekme dayanımlarında bir miktar düşüşe neden oldu. NR/SBR esaslı kompozitlerde ise yaşlanma öncesi çekme dayanımları CTL katkısından etkilenmediği gibi yaşlanma sonrasında da çekme dayanımlarında belirgin bir değişim gözlenmedi. Kopma uzaması sonuçlarında ise NR esaslı kompozitlerin yaşlanma sonrası değerlerinde CTL katkısının yaşlanma direncini arttırması sonucu, artan deri içeriğiyle birlikte artış meydana geldi. SBR–CTL kompozitlerinde ise artan CTL katkısının yaşlanma sonrası kopma uzama değerlerinde azalmaya neden olduğu kaydedildi. NR/SBR-CTL kompozitlerinde de farklı bir durum olarak CTL katkısının yaşlanma sonrası kopma uzama değerlerinde belirgin bir farklılaşmaya neden olmadığı belirlendi. Nötralizasyon işleminin malzemelerin yaşlanma karakteristiklerine olan etkilerinin gözlenmesi amacıyla NR-CTL ve NRN-CTL kompozitleri seçildi ve baskı altında kalıcı deformasyon, sertlik, yırtılma dayanımı, çekme dayanımı ve kopmada uzama değerlerindeki değişimler incelendi. Nötralizasyon işleminin malzemenin yaşlanma sonrası kalıcı deformasyon değerlerini değiştirmediği gözlendi. Benzer şekilde sertlik değerlerindeki ve yırtılma dayanımlarındaki değişime de etki etmediği belirlendi. Bununla birlikte NR-CTL karışımlarında yaşlanma sonrası çekme dayanımları artan CTL miktarı ile artmasına karşın nötralizasyon işlemi sonrasında yapılan yaşlandırma işleminde bu etki ortadan kalktı. Aynı şekilde yaşlandırma sonrası kopmada uzama değerleri nötralize edilmemiş deri katkısıyla artarken, nötralize edilmiş deri katkısında ise bu artış görülmedi.

Özet (Çeviri)

Rubbery raw materials have widespread usage area among polymeric materials and show high performance properties such as high elasticity, good abrasion strength, and low permanent deformation. These properties can also be modified by adding various additives in also various ratios as for desired usage area. These high performance properties are provided by crosslinking. Raw rubbers do not include crosslinks however these crosslinks occurs after heat treatment under pressure this process is called vulcanization or curing. Usually rubbers are classified as natural and synthetic rubbers. Natural rubber (NR) is more prominent the synthetic ones due to high performance properties. Most commonly used synthetic rubbers are styrene-butadiene rubber (SBR), acrylonitrile-butadiene rubber (NBR), ethylene-propylene-diene rubber (EPDM), chloroprene rubber (neoprene, CR), and silicone rubber (Q). SBR is the most common synthetic rubber in tire and rubber industries. Commonly used rubbers are processed by compounding with various types of fillers and additives; material properties can be improved by various type and/or ratio of these auxiliary ingredients. Material cost can be reduced by adding filler. Filler incorporation can also improve the properties such as processability, tensile strength, and hardness if needed. As analyzed the structure of leather, three dimensional crosslinked collagen fibers, keratin and oil are observed. Collagen structure that exists in leather can be made stable by tanning process due to prevent biologically and chemically degradation. Hence, physical and chemical properties of leather are enhanced and appearance of leather is improved. Since negative effects of chrome-tanned leather (CTL) based wastes that are generated during leather goods manufacturing process to the environment, these wastes should be discarded or better should be utilized somehow. Due to leather particles have crosslinked collagen fibers in structure, basic physical properties show a similarity with rubber based materials so it was thought that using utilizing these wastes as additive for rubber compounds may be a good idea. In this study, thermal, morphological and before-after aging (70 oC, 70 h) mechanical properties of NR, SBR and NR/SBR 50/50 blend based rubber compounds were studied by incorporating CTL particles in various ratios. Before adding CTL shavings to rubber compounds, they were dried in an oven at 80 oC for 6 hours. It was recorded that 77.6% of CTL additives had length changing between 500-2000 μm in sieve analysis results. To investigate the CTL on NR, SBR and NR/SBR, the compounds were prepared as including 0, 5, 10, 15 and 20 phr of CTL. All ingredients were mixed in laboratory-size banbury mixer approximately for 10 minutes and then laboratory-size two roll mill was used either to homogenize or to turn into plates. Differential scanning calorimeter (DSC) and thermogravimetric analyzer (TGA) were used to investigate thermal properties of compounds. Curing peak enthalpies (ΔHc) were obtained from DSC thermograms. Adding CTL into NR and NRN (that includes neutralized CTL additives by 1% ammonium solutions) increased ΔHc, however ΔHc values of SBR and NR/SBR were decreased by CTL incorporations. Vulcanization behaviors of the compounds were determined at 160 oC by using moving die rheometer (MDR).Rheometer parameters such as minimum torque (ML), maximum torque (MH), scorch time (ts2), optimum curing time (t90) (that is necessary to obtain 90% torque value between MH-ML) were recorded. Increasing leather content reduced curing time of rubber compounds. Curing times for NR and NRN compounds changed between 1.5 and 2 minutes, it was between 2 and 5 minutes for SBR compounds, and between 2 and 3 minutes for NR/SBR blend compounds. Density measurement instrument was used to decide the amount of the compound to put into present curing molds. Vulcanization process was operated at 160 oC and 140 bar pressure in a hydraulic press according to data obtained from DSC and MDR. Samples were prepared as plates and thicknesses were 2 mm and 6 mm. Samples were cut dumbbell shape for tensile test and trouser shape for tear test by using standard pattern. Tensile strength, elongation at break, tear strength values were recorded by universal testing machine. CTL affected tensile strength, elongation at break and tear strength values of NR and NRN based composites somewhat, however these values were enhanced for SBR and NR/SBR composites. Hardness values was determined by Shore A hardness measurement instrument. Abrasion resistance and compression set values were also studied. Thermal gravimetric analyzer (TGA) instrument was used to analyze mass losses of compounds for different CTL incorporation ratios. Increasing leather content shifted degradation temperatures of the vulcanizates earlier and decreased residue amount after 400 oC. Samples were treated by thermal aging at 70 oC and 70 h. The changings of mechanical properties of composites were studied after aging processes. As result, while the increment of CTL amount increased permanent deformation of NR based composites insignificantly, for SBR and NR/SBR based composites, the permanent deformation values after aging were increased more significantly. When evaluated hardness test results, CTL had no effect on the changing of hardness values of composites during aging. In tear test results, it has been concluded that leather incorporation did not affect tear strength of NR based composites; however there was a less decrement in improved tear strength effect for SBR based composites after aging by increasing CTL content. This decrement was less for NR/SBR based composites. While tensile strengths of NR based composites decreased by CTL content before aging, tensile strengths of NR based composites increased by adding CTL after aging. Beside, CTL did not affect tensile strength values of SBR based composites before aging in spite of a decrement was seen on tensile strength values by increasing CTL amount after aging. For NR/SBR based composites, CTL did not have any effect on tensile strength values before and after aging. Adding CTL decreased the decrement of elongation at break values of NR based composites after aging due to enhanced aging resistance by CTL. Also it was recorded that CTL reduced the elongation at break values after aging for SBR-CTL composites. A different trend was seen on NR/SBR-CTL composites, CTL did not change elongation at break values after aging significantly. On the other hand, neutralization process of leather was also investigated on the characteristics of rubber/leather composites in NR based compounds. Same thermal, rheological and mechanical tests were applied to these composites that were untreated and neutralized.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    363503

    Investigation of the effects of chrome-tanned leather additives in ethylene propylene diene monomer rubber

    Kromla tabaklanmış deri katkısının etilen propilen dien monomer kauçuğuna etkisinin incelenmesi

    PINAR MEŞE

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2014

    Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. NURSELİ UYANIK

  2. Tez No

    593000

    Beyaz deri finisajında oksidatif yaşlanmaya bağlı sararmayı önlemede l-askorbik asit kullanımının araştırılması

    Investigation of using l-ascorbic acid to prevent yellowing caused by oxidative aging in the white leather finishing

    SULTAN ÇİVİ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Deri MühendisliğiEge Üniversitesi

    Deri Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ELİF ESER BAYRAMOĞLU

  3. Tez No

    68870

    Deri endüstrisi atıksularının biyolojik arıtılabilirliği ve kinetik karakterizasyonu

    Başlık çevirisi yok

    ESRA ATEŞ GENCELİ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    1997

    Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ORHAN DERİN

  4. Tez No

    405289

    Tabaklama öncesi yarma tıraş işlemlerinin deri kalitesi ve çevreye etkilerinin araştırılması

    Investigation on the effects of splitting and shaving operations before tanning to leather quality and environment

    LEVENT İNANÇ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2015

    Deri MühendisliğiEge Üniversitesi

    Deri Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. GÜRBÜZ GÜLÜMSER

  5. Tez No

    912821

    Fitik asitin deri üretiminde güç tutuşurluk üzerine etkisinin incelenmesi

    The investigation of the effect of phytic acid on flame retardancy in leather production

    MÜGE DEVECİ TEKİN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Deri MühendisliğiEge Üniversitesi

    Deri Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MEHMET METE MUTLU

    DOÇ. DR. CATALINA NATALIA YILMAZ

Geri Dön