Lignin as an antistatic additive for common polymers
Polimerler için antistatik katkı malzemesi olarak lignin
- Tez No: 486724
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. BİLGE BAYTEKİN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Polimer Bilim ve Teknolojisi, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 68
Özet
Statik elektriklenme ve yüzeylerde biriken yüklerin zararlı etkileri nedeniyle polimer, hava ve uzay, ilaç üretimi gibi endüstrilerde milyonlarca dolar zarara neden olan yaygın bir sorundur. Malzemelerin ya da polimerlerin, antistatik katkı malzemeleriyle katkılanması, bu problemi azaltabilir veya önleyebilir. Şimdiye kadar, kullanılan ürünü doğrudan iletken hale getiren antistatik katkı maddeleri, yüzeyde oluşan yükleri dağıtmak için kullanılıyordu. Bu malzemeler ürünü / kompoziti; doğrudan iletken yapabilen, metal ya da karbon tozu gibi malzemelerdir. Bir diğer yöntem ise; yüzey nemini artıran katkı malzemeleri (iyonlar gibi) kullanarak yüzey yüklerini azaltmaktır. Fakat katkılama yapılan malzemeler genellikle katkı maddelerinin yüksek konsantrasyonları sebebiyle doğal özelliklerini (ör. mekanik özellikler gibi) kaybederler. Bu soruna daha evrensel bir çözüm sağlamak ve katkılama sonrası malzemenin doğal özelliklerinde meydana gelen değişiklikleri önlemek için, uzun yıllardır tartışılan statik yük oluşum mekanizması açıklığa kavuşturulmalıdır. Son zamanlarda mekanizma üzerinde yapılan çalışmalar, elektrik ile yüklenen malzemeler üzerindeki yük oluşumunun arkasındaki ana mekanizmanın, yüzeylerde bağ kırılması sebebi ile, mekanoanyon, mekanokatyon, mekanoradikal aktif uçlarının oluştuğunu göstermektedir. Mekanokatyon ve mekanoanyonlar yüzeydeki yüklenmeye sebep olurken, mekanoradikaller ise yüzeydeki bu yüklenmenin sabitlenmesini sağlar. Buradan yola çıkılarak daha sonra, katkı malzemesi olarak radikal tuzaklayıcı antioksidanlar ile mekanoradikallerin ortamdan uzaklaştırılması ve yüzeydeki yüklenmenin azaltılması sağlanabilmiştir. Bu yöntem ile polimer malzemenin diğer özellikleri (elektrik ve mekanik özellikler)korunarak malzemeye antistatik özellik kazandırılabilmiştir. Fakat yine de kullanılan tuzaklayıcıların maliyeti nedeniyle bu yeni yöntem endüstriye uygulanamamaktadır. Bu çalışmada, genel kullanım polimerlerine antistatik özelliği kazandırmak için kullandığımız radikal tuzaklayıcı antioksidan madde, uygun fiyatı, yılda milyonlarca ton üretimi ve genel polimerler için pratik kullanımı ile yukarıda anlatılan yöntemi uygulamada da pratik hale getirecek lignindir. Lignin dünyada en yaygın olarak bulunan ikinci polimerdir. Antioksidan özelliklere sahip olduğundan, yaygın polimerler için antistatik bir katkılama maddesi olarak iyi bir adaydır. Çalışmamızda, genel kullanım polimerlerinin iki türü olan elastomer (silikon kauçuğu) ve termoplastik (PE, PP, PVC) içine (fındık kabuğundan izole edilmiş) lignin katkılanıp, ligninin polimerlere antistatik özelliği kazandırdığı dokunma elektriklenmesi ile elektriklenmiş polimerlerin net yük ölçümleriyle gösterilmektedir. Bu ölçümlere göre ligninin konsantrasyonu artırıldığında ya da parçacık büyüklüğü azaltıldığında, yani radikal tuzaklayıcısı lignin grupları olan OH grupları artırıldığında (bu artış, 31P-NMR ile kanıtlanmaktadır), polimerler daha az elektrik yükü barındırabilmektedirler. Lignin katkılanan polimerlerin göstermekte olduğu bu antistatik özelliğin radikal tuzaklayıcı mekanizma ile olduğu ve polimerin iletkenliğinin artmasından dolayı olmadığı da çalışmada gösterilmiştir. Sonuç olarak, polimerleri ucuz ve kolaylıkla elde edilebilen lignin ile katkılayarak, yılda milyonlarca ton üretilen, genel kullanım polimerleri üzerinde elektrostatik yük birikiminin önlenmesi için daha evrensel, çevre dostu bir yöntem sunmaktayız.
Özet (Çeviri)
Static electricity is a common phenomenon that can causes million-dollar loses in industries such as polymer, air and space, and drug manufacture due to the detrimental effects of electrostatic discharge of the accumulated charges on surfaces. Doping of the materials, i.e. polymers, with antistatic agents can reduce or prevent these problems. So far, the antistatic additives used were chosen to make the final material/composite conductive to dissipate the surface charges, by either directly doping with conductive materials (e.g. metals or carbon powder), or by doping with additives (e.g. ions) to increase surface humidity. The doped materials usually lose their inherent properties such as the mechanical properties because of the high concentrations of the additive. To provide a more universal solution to this problem and avoid the changes in the material properties after doping, the mechanism of static charge formation, which has been on debate for many years, should be clarified. Recent studies of our group and others have shown that the main mechanism behind the charge formation on electrified (polymer) materials is the bond-breakages on the surfaces of the materials, which lead to mechanoanion, mechanocation, mechanoradical active ends. The former two accounts for the charge on the surfaces and, as we have shown, the latter group (mechanoradicals) stabilizes the charged species. Previously, in our group, it was shown that by removing the mechanoradicals with radical scavenger antioxidants one can destabilize the charges – doping with antioxidants makes materials antistatic. However, the scavenger antioxidants we had used in this example to show the antistatic behavior were far from being practical in use for general polymers -that are produces in millions of tons per year- because of their individual prices. Lignin is the world's second most abundant polymer. It has antioxidant properties, so it is a good candidate as anantistatic agent for common polymers. In this study we assess the lignin's antistatic action by doping it into common polymers - elastomers (silicon rubber) and thermoplastics (PE, PP, PVC), and comparing the accumulated net charge on the doped and undoped polymers upon contact electrification. It was shown that the increase in lignin concentration and decrease in particle size of the lignin enhances the antistatic property in the polymers, due to an increase in radical scavenging OH groups, as verified by 31P-NMR analysis. We certify that the antistatic property is because of the radical scavenging action and not by increase in the surface conductivity. By doping polymers with cheap and abundant lignin, we provide a more universal, environment-friendly method for preventing electrostatic charge accumulation on common polymers, which are produced in millions of tons per year.
Benzer Tezler
- Charge dissipation mechanism of low-cost antistatic additive lignin in contact charged polymers
Dokunma ile elektriklenen polimerlerde düşük maliyetli antistatik katkı malzemesi olarak kullanılan ligninin yük sönümleme mekanizması
MERTCAN ÖZEL
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Kimyaİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ BİLGE BAYTEKİN
- Sıcaklık dayanım performansı geliştirilmiş EPDM esaslı malzeme geliştirilmesi
Formulating EPDM to resistance high temperature
ÖZGE YILDIRIM
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Polimer Bilim ve TeknolojisiKocaeli ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BAĞDAGÜL KARAAĞAÇ
- Genetic control of cellulose, lignin and glucose contents in European black poplar (Populus nigra L.) populations from Turkey
Türkiye'deki Avrupa kara kavağı (Populus nigra L.) popülasyonlarının selüloz, lignin ve glukoz içeriklerinin genetik kontrolü
BİRCAN TAŞKIRAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Ağaç İşleriOrta Doğu Teknik ÜniversitesiBiyoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZEKİ KAYA
- Tarımsal bir atık olan pamuk sapanın bio-pulp yönünden kullanılabilirliğinin araştırılması
Başlık çevirisi yok
SİBEL ŞIK
- Mikrodalga yöntemiyle aktifleştirilen farklı meyve kabuklarının adsorbsiyon özelliklerinin incelenmesi
Investigation of the adsorption properties of different fruit peels activated by microwave method
ÖZGE YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Kimya MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. NURCAN TUĞRUL