Geri Dön

Fabrication and characterization of novel polymer/organo-MMT (organo-silica)/ biopolymer nanocomposite blends by reactive extrusion

Yeni polimer/organik MMT (organik silika)/ biyopolimer nanokompozit karışımlarının reaktif ekstrüzyon yöntemiyle üretimi ve karakterizasyonu

PDF İndir

  1. Tez No: 493872
  2. Yazar: BAYRAM ALİ GÖÇMEN
  3. Danışmanlar: PROF. DR. AYŞE GÜNAY KİBARER, PROF. DR. ZAKİR RZAYEV
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Polimer Bilim ve Teknolojisi, Polymer Science and Technology
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2018
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Nanoteknoloji ve Nanotıp Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 138

Özet

Günümüzde polimer nanokompozitler endüstri ve akademik toplum için güçlendirilmiş farklı tip maddeleri elde etmede dikkat çekicidir. Farklı polimerlerin biyobozunur nanokompozitleri, çevresel sorunlar ve düzenlemeler dolayısıyla yeni ürün geliştirmelerinde ayrıca önem verilen konular arasındadır. Polimerlerin malzeme özellikleri, tabakalı silika eklenmesi, biyobozunurluğun sağlanması için polilaktik asit veya polikaprolakton bazlı polimerlerin uygun uyumlaştırıcıları ve dolgu mazlemeleri ile kullanılmasıyla iyileştirilebilir. Katmanlı nanokompozit malzeme tiplerinin farklı formlarının oluşumu sıklıkla önemli gelişmeler gösterir örneğin yüksek depolama modulüsü, gerilme ve eğilme özellikleri, gaz geçirgenliğinin azalması ve yanıcılık veya yanmaya direnç özellikleri gibi. Ayrıca bu farklı formlar biyobozurnurluk artışı da sağlamaktadır. Bu çalışmada, yeni izotaktik polipropilen bazlı çok fonksiyonlu nanokompozit malzemeler eriyik bazlı tek aşamalı reaktif ekstruzyon sistemi ile üretilmiştir. Rondol tipi çift vidalı ekipman ve önceden optimize edilmiş proses şartları kullanılmıştır. Çalışmada, eşanlı kimyasal ve fiziksel proseslerin oluşması, çok fonksiyonlu polimer karışım içeriklerinin extruzyonu ile araştırılmıştır. Reaktif karışımların içeriği şunlardan oluşmaktadır; ana matriks polimer, Polypropilen, uyumlaştırıcı olarak PP-g-MA aşılanmış kopolimer, reaktif dolgu ve ilave uyumlaştırıcı olarak kovalent bağlı sargılanmış silika nanopartiküllü kopolimer ve reaktif ODA-MMT ve reaktif olmayan DMDA-MMT kullanılarak hazırlanmış interkalasyonlu biyobozunur Polilaktik Asit (poli (D,L-lactide, PLA) veya Poli (ɛ-caprolactone) (PCL) silika katmanlı nanokompozitlerden oluşmaktadır. Nanokompozitlerin kimyasal ve fiziksel yapıları, morfolojileri, termal davranışları, mekanik/reolojik özellikleri(kesme gerilmesi ve viskozite) ve ayrıca organokil ve polyester yapı etkileri ile silika nanopartiküllerini içeren kopolimerin ana nanokompozite yapı üzerindeki etkileri, FTIR, katı fazlı 13C ve 29Si NMR, XRD, SEM-TEM, DSC-TGA ve DMA (kesme gerilmesi ve viskozite) analiz metotları ile incelenmiştir. Nanokompozitin kristallenmede, ısıl stabilitede, reolojik ve mekanik parametrelerde, yüzey ve iç morfolojide, ham matriks polimere göre önemli gelişmeler olduğu gösterilmiştir. Reaktif organokil ve PCL polyester içeren kompozitler için daha iyi sonuçlar gözlemlenmiştir. Kolloidal kopolimer-silika Nanopartiküller-NPs, yeni polipropilen kompozit yapılarında faklı katmanlar arasındaki moleküler bağlanmaların etkileşiminden dolayı iyi karışım etkisi göstermiştir. Benzer şekilde, Polipropilen bazlı ham polimer çalışmanın yanında, martiks polimer olarak EPDM elastomer, biyomühendislik poliesterleri (PLA ve PCL), PP-g-MA uyumlaştırıcı ve reaktif uyumlaştırıcı-dolgu malzemesi olarak kovalent bağlı kolloidal yapıda değişken reaktif kopolimer-g- APTS (-aminopropyl trimethoxysilane)-silika nanopartikülleri (NPs) ve organokil (reaktif ODA-MMT ve kompleksleştrici DMDA-MMT) nanodolguları içeren çok fonksiyonlu polimer karışımlı nanokompozitler üzerinde çalışmalar yapılmış ve bu kompozitler eriyik fazda tek aşamalı reaktif ekstruzyon nanoteknolojisi ile üretilmiştir. EPDM bazlı nanokompozitlerin kimyasal ve fiziksel yapıları, morfolojileri, termal davranışları, nanokompozitlerin mekanik/reolojik özellikleri ve ayrıca organokil ve polyester yapı etkileri ile silika nanopartiküllerini içeren kopolimerin ana nanokompozit yapı üzerindeki etkileri, FTIR, katı fazlı 13C ve 29Si NMR, XRD, SEM-TEM, DSC-TGA ve dinamik döner reolojik analiz metotları ile incelenmiştir. Reaktif uyumlaştırıcı ve dolgu malzeleri olarak kullanılan nanopartiküller nanokompozitlerde, dağılmış bir morfoloji oluşturulmasında önemli rol oynamaktadırlar. Bu yapısal oluşum, çok fonksiyonlu yapıdaki polimer ve nanodolgu karışımlarında eşanlı gerçekleşen etkili fiziksel ve kimyasal etkileşimlerden kaynaklanmaktadır. Bu etkileşimler, tek çevrim zamanlı (5-10 dakika) reaktif extruzyon prosesi sırasında, seçilmiş ve optimize edilmiş beş adet düşük bariyer sıcaklığında, 120 oC, 130 oC, 130 oC, 145 oC ve 145 oC, oluşmaktadırlar. Ektruzyon prosesi sırasında oluşan çok fonksiyonlu nanokompozitlerde gerçekleşen yüzeyler arası etkileşimlerinin kimyasal ve fiziksel detayları tahmin edilmiş ve raporlanmıştır. Nanokompozit yapıdaki reaktif uyumlaştırıcılar ve silika kopolimerlerindeki çok fonksiyonlu grupların etkileşimleri yine termal ve reolojik özelliklerinde, ham polimer ve poliesterlere göre büyük davranışsal farklılıklar göstermektedir.

Özet (Çeviri)

Recently, polymer nanocomposites have attracted great attention of industrial and academic society to get different kind of enforced valuable material. Biodegradable nanocomposites of different polymers are also in focus during new product development due to environmental concerns and regulations. Material properties of polymers can be enhanced dramatically by incorporating layered silicates and biodegradation can be suited with lactic acid or caprolactone based polymers together with suitable compatibilizers and fillers. Different kinds of formation of layered nanocomposite type materials frequently exhibits remarkable improvements, such as high storage modulus, tensile, and flexural properties, decrease in gas permeability and flammability or fire retardency and provide an increase in the biodegradability. In this study, novel isotactic polypropylene (PP) based multi-functional nanocomposites were fabricated in melt by a one-step reactive extrusion using a Rondol twin-screw extruder at preoptimized processing conditions and investigated in situ chemical and physical processes occurring during the extrusion of multifunctional polymer blend compositions. The compositions of reactive blends include PP as a matrix polymer, PP-g-MA graft copolymer as a reactive compatibilizer, copolymer covalently encapsulated silica nanoparticles (NPs) as reactive nanofiller-compatibilizer, and intercalated biodegradable poly (D, L-lactide) (PLA) or poly (ɛ-caprolactone) (PCL) silicate layers nanocomposites using ODA-MMT as a reactive or DMDA-MMT as a non-reactive nanofillers. The chemical and physical structures, morphology, thermal behaviors and mechanical and rheological properties (shear stress and viscosity) as well as effects of origin organoclay and polyester, and copolymer encapsulated silica NPs on the main properties of nanocomposites were investigated by FTIR, solid state 13C and 29Si NMR, XRD, SEM-TEM, DSC-TGA and DMA (shear stress and viscosity) analysis methods, respectively. There was demonstrated that the essential improvement of crystallinity, thermal stability, rheological and mechanical parameters, surface and internal morphologies of the nanocomposites as compared with those for a matrix polymer. Better results were observed for nanocomposites containing reactive organoclay and PCL polyester. Colloidal copolymer-silica NPs showed a well dispersion effect on structure of new polypropylene composites due to interactions of molecular bonds between different layers. Similarly, together with PP based pristine polymer, investigations made on multifunctional polymer blend nanocomposites (NCs) consisting EPDM elastomer as a matrix polymer, bioengineering polyesters (PLA and PCL), PP-g-MA compatibilizer and covalently encapsulated colloidal alternating reactive copolymer-g-APTS (-aminopropyl trimethoxysilane)-silica nanoparticles (NPs) as reactive compatibilizer-nanofillers, and organoclays (reactive ODA-MMT and complexable DMDA-MMT) nanofillers that were fabricated in melt by a one-step reactive extrusion nanotechnology. The chemical and physical structures, morphology, thermal behaviors, mechanical and rheological properties of NCs, as well as effects of origin organically and polyester, and colloidal copolymer-g-silica (NPs) on the main properties of the nanocomposites were confirmed again by FTIR, solid state 13C and 29Si NMR, XRD, SEM-TEM, DSC-TGA and dynamic rotary rheometric analysis methods. The effects of bioengineering polyesters and their molecular mass, origin of organology, and reactive PP-g-MA compatibilizer were evaluated. Moreover, colloidal copolymer-g-silica NPs as reactive compatibilizer-nanofiller play an important role in the formation fine dispersed morphology on nanocomposites structure of polymer blends. This structural occurrence is due to affective in situ physical and chemical interactions in multifunctional polymers/nanofillers blends. These interactions occur in the chosen lower temperatures of the five barrier zones at 120 oC, 130 oC and 130 oC, 145 oC and 145 oC during a one-step cycle (around 5-10 min) of reactive extrusion processing. Chemistry and physics of in-situ interfacial interactions in multifunctional NCs during extruding process were also estimated. These interactions of bonds due to multifunctional groups of reactive compatibilizers and silica copolymers inside nanocomposite material show behaviour difference on thermal, rheological properties compared to pristine polyesters/polymers.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    387355

    Biobased/biodegradable/compostable/antibacterial polymeric mulching and food packaging films

    Biyoesaslı/biyobozunur/kompost edilebilir/antibakteriyal polimerik tarımsal örtü ve gıda ambalaj filmleri

    KOUROUSH SALİMİ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2015

    KimyaHacettepe Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ERHAN BİŞKİN

  2. Tez No

    432095

    Hiyerarşik gözenekli iskelelerin doğal polimerler kullanılarak doku mühendisliği uygulamaları için hazırlanması

    Preparation of hierarchical porous scaffolds with using natural polymers for tissue engineering applications

    TUĞÇE ŞEN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2016

    BiyomühendislikYıldız Teknik Üniversitesi

    Biyomühendislik Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. MEHMET MURAT ÖZMEN

  3. Tez No

    498500

    Neurovascular co-cultures in hydrogel building blocks

    Hidrojel bloklarda nörovasküler ko-kültür çalışmaları

    FULYA ERSOY

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    Biyomühendislikİzmir Katip Çelebi Üniversitesi

    Biyomedikal Teknolojiler Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ ŞADİYE EMEL SOKULLU

  4. Tez No

    803657

    Fabrication and characterization of novel membranes for battery separator applications

    Pil seperatör uygulamaları için yenilikçi membran yapıların üretimi ve karakterizasyonu

    UBEY AHMETOĞLU

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik Üniversitesi

    Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ALİ KILIÇ

  5. Tez No

    633283

    Esnek süperkapasitörler için özgün gümüş nanoparçacıklar: Pss-g-panı/metal oksit elektrotların üretimi ve karakterizasyonu

    Fabrication and characterization of novel silver nanoparticles: Pss-g-pani/metal oxide electrodes for flexible supercapacitors

    BURAKCAN ŞENTÜRK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2020

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiMaltepe Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. NEVİN TAŞALTIN

Geri Dön