Degradation of polycarbonate, bentonite, barite, carbon fiber and glass fiber filled polycarbonate via gamma irradiation and possible use of polycarbonate in radioactive waste management
Bentonit, barit, karbon fiber ve cam elyaf takviyeli ve takviyesiz polikarbonat polimerlerinin gama radyasyonu ile bozunması ve polikarbonat polimerinin radyoaktif atık yönetiminde olası kullanımı
- Tez No: 463622
- Danışmanlar: PROF. DR. İSMAİL TEOMAN TİNCER, PROF. DR. TONGUÇ ÖZDEMİR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Polimer Bilim ve Teknolojisi, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- 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: 289
Özet
Günlük yaşamda bisfenol a polikarbonatların yoğun kullanımı, yüksek miktarlarda polikarbonat atığı ortaya çıkarmaktadır. Bu atığın uygun bir şekilde kullanılmasıyla çevre dostu çözüm elde edilebilir. Polimerik malzemeler radyoaktıf atık yönetiminde kullanılmasından dolayı, ana zincirinde aromatik halka içeren polikarbonat, radyoaktif atıkların hapsedilmesinde kalıp olarak kullanılabilir. Bu olasılık, yüksek miktarlarda ortaya çıkan polikarbonat atığı için bir çözüm olabilir. Bentonit ve barit mineralleri radyoaktif atık yönetiminde yoğun olarak kullanılmaktadır. Öte yandan, cam elyaf ve karbon fiber polimerlerde güçlendirici katkı malzemesi olarak kullanılmaktadır. Bentonit, barit, karbon fiber ve cam elyaf takviyesi polikarbonatın radyasyon direncini ve yük mukavemeti özelliklerini artırabilir. Ayrıca, bu katkı malzemeleri, polikarbonatın içine gömülmesi planlanan radyoaktif atıkların ilk doz hızlarının artmasına da olanak sağlayabilir. Bu çalışmada bentonit, barit, karbon fiber ve cam elyaf takviyeli polikarbonat ve takviyesiz polikarbonat örneklerinin yüksek doz hızında gama ışınımı ile bozunması ve bu polimerlerin radyoaktif atık yönetiminde olası kullanımı araştırılmıştır. Işınlamalar için iki farklı doz seçilmiştir. Bunlar yüksek doz (4341 kGy'ye kadar) ve düşük doz (75 kGy'ye kadar) olarak belirlenmiştir. Takviyesiz polikarbonatlar 10, 25, 50, 75, 684, 1291, 3280 ve 4341 kGy'e kadar ışınlanmıştır. Takviyeli polikarbonatlar ise 10, 25, 50 ve 75 kGy'ye kadar ışınlanmıştır. Işınlamalar, Türkiye Atom Enerjisi Kurumunun Sarayköy'deki tesisinde yüksek doz hızında 60Co kaynağında gerçekleştirilmiştir. Işınlanan polimerlerin radyasyon kararlılığı değerlendirmesinde; toplam doz, katkı maddelerinin tipleri (bentonit, barit, karbon fiber ve cam elyaf) ve katkı maddelerinin miktarları (%1, %2, %5, %10) analiz edilen parametrelerdi. Işınlanan takviyeli ve takviyesiz polikarbonat örneklerinin karakterizasyonu mekanik (çekme ve sertlik), Dinamik Mekanik Analiz (DMA), Termal Gravimetrik Analiz (TGA), Zayıflatılmış Toplam Yansıma- Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi ATR-FTIR), Spektrofotometrik Analiz (sarılık indeksi için) ve Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) testleri ile gerçekleştirilmiştir. Yüksek doz ışınlama (684 kGy ile başlayıp 4341 kGy'e kadar devam eden) ile ortaya çıkan baskın reaksiyon mekanizması, polikarbonatın mekanik, termal ve yapısal özelliklerinde bozulmaya yol açan zincir kırılmasıdır. 684, 1291, 3280 ve 4341 kGy'lik ışınlamalar, polikarbonatın çekme dayanımını ve uzamada kopma değerlerini önemli ölçüde düşürmüştür. 684 kGy ışınlama, polikarbonat polimerinin nihai kullanım dozunun ötesinde bulunmuştur. Karbon fiber ve cam elyaf takviyesi, kompozitlerin mekanik özelliklerini önemli derecede artırmıştır. % 10 karbon fiber ile güçlendirilmiş kompozit en iyi yük dayanım özelliğini göstermiştir. Barit ve karbon fiber katkılı polikarbonat örnekleri ışınlamayla birlikte daha kararlı sonuçlar göstermiştir. Bu durum karbon fiber ve barit mineralinin radyasyonu zayıflatma özelliğiyle ilişkilendirilmiştir. % 10 karbon fiber katkılı kompozit, ışınlamalarla birlikte üstün mekanik ve termal özellikler göstermiştir. 75 kGy ışınlama kompozitlerin mekanik, termal ve yapısal özelliklerini önemli ölçüde bozmamıştır. %10 karbon fiber ile güçlendirilmiş kompozit en fazla radyasyon kararlılığı gösteren malzeme olmuştur. 75 kGy ışınlama, polikarbonat polimerinin nihai kullanım dozuna ulaşamamıştır. Test sonuçlarına göre, polikarbonat polimeri için nihai kullanım ölçütlerine ve radyasyon indeksine 75 kGy ile 684 kGy arasında bir dozda erişilebilir. Radyoaktif atıkların polikarbonat içerisinde 300 yıl saklanabilmesi için 75 kGy rahatlıkla nihai doz olarak seçilebilir. Teorik olarak, ilk doz hızı ve yarılanma ömrü sırasıyla 1.126 Gy/saat ve 5.27 yıl olan radyoaktif atığın, takviyeli (bentonit, barit, karbon fiber ve cam elyaf) ve takviyesiz polikarbonat içerisinde 300 yıl gömülü olarak saklanabileceği çıkarımı yapılabilir.
Özet (Çeviri)
Frequent use of bisphenol-a polycarbonate in daily life results with a huge amount of polycarbonate waste. The proper utilization of this waste would be an environmental friendly solution. As polymeric materials are used materials for radioactive waste embedding, having an aromatic structure within the main chain, the bisphenol-a polycarbonate is a candidate material to be used as an embedding matrix for the confinement of radioactive waste. This possibility would also solve the problem of huge amount of waste generated due to the use of polycarbonate. Bentonite and barite minerals have been used extensively in the radioactive waste management. On the other hand, glass and carbon fiber have been used as reinforcing agent for polymers. Incorporation of bentonite, barite, carbon fiber and glass fiber would enhance the resistance to radiation and load bearing property of polycarbonate. They would also enable to increase the initial dose rate of radioactive wastes which are intended to be embedded in to polycarbonate. In this study, changes in the properties of neat, bentonite, barite, carbon fiber and glass fiber filled polycarbonate (Lexan® LS2) samples via high dose rate gamma irradiation and possible use of them in radioactive waste management were investigated. High dose rate irradiations were carried out in the irradiation facility (60Co source) of Turkish Atomic Energy Authority located in Sarayköy. There were two dose options selected for neat and filled polycarbonates. Neat polycarbonate samples were irradiated with 10, 25, 50, 75, 684, 1291, 3280 and 4341 kGy. On the other hand, filled polycarbonate samples were irradiated up to four different doses which were 10, 25, 50, 75 kGy. To estimate the radiation stability of irradiated polymers, total irradiation doses, additives types (bentonite, barite, carbon fiber and glass fiber), and additives' content (%1, %2, %5, %10) used in formulation were parameters which were analyzed. Characterization of irradiated polycarbonate (neat and filled) samples were performed by tensile, Dynamic Mechanical Analysis (DMA), Thermogravimetric analysis (TGA), Attenuated Total Reflectance-Fourier Transform Infrared Spectroscopy (ATR-FTIR), spectrophotometric (for yellowness index) and Scanning Electron Microscopy (SEM) tests. The dominant reaction mechanism generated via irradiation was the chain scission resulting with deterioration in tensile, thermal and morphological properties of polycarbonates at the doses of starting with 684 kGy. High doses with 684, 1291, 3280 and 4341 kGy diminished both tensile strength and elongations at break of polycarbonates significantly that end point criteria were exceeded at each doses. Carbon and glass fiber inclusion enhanced the mechanical properties of composites significantly. 10 wt. % carbon and glass fiber reinforced composites exhibited highest load-bearing property. Barite and carbon fiber reinforced polycarbonate gave more stable results upon irradiation and this was attributed to radiation attenuation property of barite and carbon fiber. 10 wt. % carbon fiber based composite had superior mechanical and thermal properties upon irradiation. 75 kGy did not compromise the mechanical, thermal and morphological properties of composites. 10 wt. % carbon fiber reinforced composite was found as the most radiation stable material among all irradiated samples in terms of mechanical and thermal properties. End point criterion were not reached at the dose of 75 kGy. End-point criteria and radiation index for neat and filled polycarbonate samples could be achieved in between 75 and 684 kGy doses. 75 kGy could be easily stated as the eventual dose that radioactive waste could be sustained for 300 years in polycarbonate. Therefore, it could be inferred that radioactive waste having initial contact dose rate of 1.126 Gy/h with the half-life of 5.27 years could be theoretically embedded into neat and filled (bentonite, barite, carbon fiber and glass fiber) polycarbonate with remote handling procedures for 300 years.
Benzer Tezler
- Polikarbonat'ın atmosferik ve sulu ortamlarda UV ışınları ile bozunumu
UV degradation of polycarbonate at aquous and atmosferic environments
İSMAİL KUTLUGÜN AKBAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Polimer Bilim ve TeknolojisiMersin ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TONGUÇ ÖZDEMİR
- The environmental stress cracking behaviour of glass fiber reinforced polycarbonates
Cam fiber katkılı polikarbonat malzemelerin çevresel gerilme çatlaması davranışı
CANSEL ŞEN
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ HACI ABDULLAH TAŞDEMİR
- Polikarbonat (PC) su damacanaları ve bebek biberonlarından bisfenol a (BPA) migrasyonuna ve pc degradasyonu sonucu bpa oluşumuna çeşitli faktörlerin etkilerinin belirlenmesi
Determination of some factors that effect to migration of bisphenol a (BPA) and to form bpa by degradation of pc in water carboys and baby bottles made of polycarbonate
MEHMET BİNGÖL
Doktora
Türkçe
2013
Gıda MühendisliğiAnkara ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ENDER SİNAN POYRAZOĞLU
- İyonlaştırıcı ışınlarla ışınlanmış polikarbonatın biyouyumluluğu
Biocompatibility of irradiated polycarbonate by lonizing radiation
FATMA KAYIRHAN DENİZLİ
- Doğal sulardan fotokimyasal ileri oksidasyon prosesleri ile endokrin bozucu bileşiklerin arıtımı
Degradati̇on of endocrin disrupting compounds in raw freshwater by advanced oxidation processes
BİNHAN GİRİT
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TUĞBA ÖLMEZ HANCI