Geri Dön

Production of microporous polypropylene breathable films

Mikro gözenekli polipropilen nefes alabilen film üretimi

PDF İndir

  1. Tez No: 510204
  2. Yazar: JALE FİLİZ
  3. Danışmanlar: PROF. DR. NİLGÜN KIZILCAN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Polimer Bilim ve Teknolojisi, Polymer Science and Technology
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2018
  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: 123

Özet

Su buharı ve havayı geçiren ancak sıvılara karşı bariyer özellik gösteren polimerik yapılar nefes alabilen filmler olarak adlandırılır. Nefes alabilen filmler günümüzde oldukça geniş kullanım alanına sahiptir. Gelişen ve değişen yaşam standartları doğrultusunda yeni kullanım alanları bulan nefes alan filmler, monolitik ve mikro gözenekli olmak üzere temel olarak iki tür altında toplanabilir. Doğası gereği kendiliğinden nefes alan monolitik yapıların yanında poliolefin matrisine inorganik dolguların eklenmesi ve filmin gerdirilmesi ile elde edilen mikro gözenekli yapılar, ucuz ve kullanışlı olması nedeniyle kendisine yeni pazarlar oluşturabilecek potansiyeldedir. Nefes alabilen filmler başta hijyenik ürünler (bebek bezleri, kadın bağları, hasta bezleri), inşaat malzemeleri (çatı izolasyonu, duvar izolasyonu) ve kişisel koruyucu kıyafetler olmak üzere birçok endüstri dalında yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Mikro gözenekli nefes alan filmler genellikle poliolefin matrisine inorganik dolguların eklenmesi ve elde edilen filmin gerdirilmesi ile yapıya mikro gözeneklerin kazandırılması sonucu elde edilir. Poliolefin matrisine dolgu yüklemesi oranı genellikle %10-70 aralığında değişir. Mikro gözenekli nefes alan film üretiminde yaygın olarak polietilen matrisi kullanılmaktadır. Dolgu olarak ise düşük elastikliğe ve poliolefinler ile düşük afiniteye sahip inorganikler kullanılabilir. Söz konusu dolguların hidrofobik olması, üretim prosesleri sırasında su tutmasını azaltacağı için istenilen bir özelliktir. İnorganik dolgu olarak kalsiyum karbonat, talk, kil, kaolin, silika, magnezyum karbonat, magnezyum sülfat, kalsiyum sülfat, alüminyum hidroksit, çinko oksit, zeolit, mika vb. yapılar kullanılabilir. Kişisel bakım ürünleri içerisinde kendisine kullanım yeri bulan mikro gözenekli nefes alan filmler kumaş ve/veya başka katmanlarla lamine edilerek alt tabaka olarak kullanılmaktadır. Bebek bezi bu duruma örnek verilebilir. Dolgu yüklenmiş ve gerdirilmiş film su buharı geçirgenliği sayesinde bez kullanıcılarına konfor sağlar ve lamine edilmiş hali ile birlikte bebek bezi içerisinde bağıl nem ve sıcaklık dengesi kurmaya yardımcı olur. Nefes alabilen film tek başına kullanıldığında sıvılara karşı bariyer özellik gösterirken su buharı geçirgenliği sağlayabilecek özelliğe sahiptir fakat tek başına kullanılacak kadar sağlam değildir. Bu nedenle kumaş ve/veya başka katmanlarla lamine edilerek hem kumaş benzeri özellikler hem de sağlamlık elde edilir. Lamine katman olarak polipropilen bazlı kumaşların kullanımı yaygındır. Polietilen matrisli mikro gözenekli nefes alabilen filmlerin ısı ile laminasyon prosesine tabi tutularak polipropilen bazlı kumaşlarla birleştirilmesi esnasında klasik yapıştırıcı, tutkal teknikleri kullanılır. Mikro gözenekli nefes alan filmlerin üretimi bir dizi prosesten oluşmaktadır. Öncelikle poliolefin matrisine dolgu yüklemesi, çift vidalı ekstrüderde karışım haline getirilerek (compounding) yapılır. Elde edilen karışım, dökme (cast) ekstrüzyon veya şişirme (blown) ekstrüzyon yöntemi kullanılarak film haline getirilir. Son olarak filme mikro gözeneklerin kazandırılması için gerdirme tekniği uygulanır. Tez çalışması kapsamında mikro gözenekli nefes alan filmlerin üretiminde kullanılan klasikleşmiş polietilen matrisi yerine polipropilen kullanımı amaçlanmıştır. İnorganik dolgu olarak ise yüzeyi modifiye edilmiş kalsiyum karbonat tercih edilmiştir. Polipropilen kumaş ile yapılan laminasyon prosesinde, polietilen yerine polipropilen matrisli mikro gözenekli film kullanımı daha uyumlu bir yapı elde edilmesini sağlayacaktır. Bu uyumlu yapının, laminasyon prosesindeki tutkal kullanımını azaltması ve proses zorluğunu iyileştirmesi beklenir. Ayrıca lamine olmayacak ve tek kat olarak kullanılacak yapılar için de mukavemeti yüksek filmlerin elde edilmesi günümüz ihtiyaçlarından biridir. Tez çalışmasının birinci aşamasında %50 (C1) ve %60 (C2) oranlarında yüzeyi modifiye edilmiş kalsiyum karbonat içeren polipropilen matrisli iki farklı bileşik çift vidalı ekstrüderde hazırlanmıştır. Ters sıcaklık profili ile 600 rpm hızında çalışılmış ve 3 mm boyutunda granüller elde edilmiştir. İkinci aşamada ise şişirme film ekstrüzyonu yöntemi ile elde edilecek örnekler için deneysel tasarım kurgulanmış ve değişken parametreler belirlenmiştir. Deneysel tasarım doğrultusunda gramaj, çekim eni ve gerdirme oranı sabit parametreler olarak kabul edilmiştir. Hazırlanan iki farklı bileşik (C1 ve C2) ve şişirme film ekstrüzyon prosesi sırasında kullanılacak olan lineer alçak yoğunluklu polietilen oranı değişken parametreler olarak belirlenmiştir. Bu doğrultuda, C1 ve C2 bileşiklerine %0 ve %15 oranında lineer alçak yoğunluklu polietilen katılması ile BF1, BF2, BF3 ve BF4 kodlu dört adet film örneği elde edilmesi planlanmıştır. Son aşamada ise nefes alabilirlik özelliği kazandırabilmek için gerdirme ünitesi kullanılarak mikro gözenekler elde edilmiştir. Gerdirme ünitesi olarak MDO (Machine Direction Orientation) ünitesi kullanılmış ve 1:4 oranında gerdirme yapılmıştır. MDO ünitesinde yer alan ön ısıtma, gerdirme, tavlama ve soğutma merdanelerinin sıcaklıkları malzeme yapısı doğrultusunda belirlenmiş ve üretim boyunca sabit tutulmuştur. Üretilmesi hedeflenen dört adet film örneğinin üçü malzeme yapısı doğrultusunda belirlenen kafa-vida sıcaklık profili ile 16 GSM olarak elde edilmiştir. Çalışma kapsamında polipropilen ve polietilen matrisli bileşikler temin edilmiş ve C1 ve C2 bileşikleri ile karşılaştırmalı olarak karakterize edilmiştir. DSC, FTIR ve kül testi uygulanan bileşiklerin malzeme yapısı analizlerle desteklenerek açıklanmıştır. Bileşik içerisindeki kalsiyum karbonat miktarının artması ile erime akış hızının ve yoğunluğun arttığı tespit edilmiştir. Polipropilen matrisli bileşiklerin içerisine işlenebilirliği arttırmak ve son ürün olarak elde edilecek mikro gözenekli filmin nefes alabilirliğini dengelemek için lineer alçak yoğunluklu polietilen eklenebileceği görülmüştür. Elde edilen film örnekleri DSC, FTIR, kül testi, erime akış hızı ve yoğunluk gibi yapı analizlerine tabi tutulmuştur. Film örneklerinin termal karakteristikleri ve içerdikleri yapıların absorpsiyon pikleri tespit edilmiştir. Kül testi sonucunda ise film matrisinde yer alan inorganik dolgu, yani kalsiyum karbonat oranı tespit edilmiştir. Film örneklerinin içerdikleri kalsiyum karbonat oranının erime akış hızı ve yoğunluk değerleri üzerine olan etkisi analizlerle gözlenmiştir. Polietilen matrisli bir mikro gözenekli film ise BF1, BF2 ve BF4 film örnekleri ile kopma uzaması, kopma kuvveti, elastik modülüs ve yırtılma direnci gibi mekanik özellikler açısından karşılaştırmalı olarak analiz edilmiştir. Polipropilenin daha rijit olmasından dolayı, tez çalışması kapsamında elde edilen film örneklerinin kopma kuvvetlerinin ve elastik modülüslerinin polietilen matrisli film örneğine göre daha yüksek olduğu kopma uzamalarının ise daha düşük olduğu görülmüştür. Yırtılma direnci değerlerinin ise polietilen matrisli film örneğine göre oldukça düşük seyrettiği tespit edilmiştir. Elde edilen film örnekleri kendi içerisinde kıyaslandığında ise mukavemet değerlerinin film matrisi içerisindeki kalsiyum karbonat oranı ile değiştiği görülmektedir. Kalsiyum karbonat miktarının artması ile mukavemet değerlerinde düşüş görülmektedir. En önemli parametrelerden biri olan nefes alabilirlik (su buharı geçirgenliği) ise MOCON analiz yöntemi kullanılarak karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir. Su buharı geçirgenliği temel olarak malzeme yapısı, kalsiyum karbonat miktarı ve gerdirme ünitesindeki gerdirme oranı ile ilişkilendirilebilir. Elde edilen film örnekleri kendi içerisinde kıyaslandığında su buharı geçirgenliğinin film matrisindeki kalsiyum karbonat oranı ile orantılı olduğu görülmüştür. Polietilen matrisli film örneği ile su buharı geçirgenliği açısından kıyaslandığında özellikle BF1 ve BF4 film örneklerinin kabul edilebilir olduğu görülmektedir. Tez çalışması kapsamında mikro gözeneklerin elde edilmesi amaçlanmıştır. Bu nedenle taramalı elektron mikroskobu kullanılarak, elde edilen film örneklerinin yüzey morfolojisi incelenmiş ve farklı çaplarda rastgele mikro gözeneklerin oluştuğu görülmüştür. Dikey düzlemde meydana gelen mikro gözeneklerin çaplarının yatay düzleme göre daha yüksek olduğu belirlenmiştir. Bu durum, gerdirme yönünün ve daha fazla strese maruz kalan düzlemin dikey yön olduğunu göstermektedir. Hijyen sektöründe kullanımı hedeflenen polipropilen matrisli mikro gözenekli nefes alan filmlerin su buharı geçirgenliği değerleri açısından pazara hitap edebileceği görülmüştür. Polietilen matrisli mikro gözenekli nefes alan filmlere göre daha mukavim malzemeler elde edilmiştir.

Özet (Çeviri)

Polymeric structures that pass water vapor and air, but exhibit barrier properties against liquids are called breathable films. Breathable films, that find new uses in the direction of evolving and changing living standards, can be grouped under two main types; monolithic and microporous. In addition to monolithic structures that inherently breathe, microporous structures are obtained by the addition of inorganic fillers to the polyolefin matrix. Stretching this filler loaded polyolefin matrix creates the micro pores and achives the breathability. Microporous breathable films potentially capable of creating new markets because of their low cost and usefulness. They are widely used in many industries, especially hygienic products (baby diapers, single wraps, patient gowns), construction materials (roof insulation, wall insulation) and personal protective clothing. A standard microporous polyolefin, - generally polyethylene-, mineral filler breathable film contains billions of micropores. The mineral fillers are active ingredients which give the film unique features enabling it to breathe through the network of micropores. The hydrophobic nature of the filler is a desirable feature as it will reduce water retention during production processes. Examples of the inorganic filler include calcium carbonate, talc, clay, kaolin, silica, magnesium carbonate, magnesium sulfate, calcium sulfate, aluminum hydroxide, zinc oxide, zeolite. The filling rate to the polyolefin matrix usually varies between 10-70%. Breathable films are used in backsheets, for example as a backsheet component laminated to a nonwoven and/or other layers. They are used in many of today's personal care absorbent articles. Filled and stretched polyolefin films are making the diapers more comfortable to the wearer since they provide good water vapor transmission. With the using laminates of breathable films and nonwoven webs, the relative humidity and temperature within the personal care products can be reduced. The breathable films themselves provide vapor breathability and liquid barrier, but are typically not strong enough to be used alone. The nonwoven webs provide strength as well as fabric-like properties to the laminates. To making a polymeric film vapor permeable, includes mixing a matrix polymer with the inorganic filler via double-screw compound extrusion process. The resulting mixture is using to produce monolayer or multilayer film via cast or blown extrusion process. Then, the film is heated and stretched, causing voids to form in the areas surrounding the filler particles via stretching unit. The aim of this thesis is to use polypropylene matrix instead of the classicized polyethylene matrix used in the production of microporous breathable films. As the inorganic filler, surface-modified calcium carbonate is preferred. The use of polypropylene matrix in microporous film will ensure a more consistent structure since used laminates are generally made from polypropylene. This compliant construction is expected to reduce the use of glue and improve process difficulty such as reduce the differences of melting point of films and laminates in the lamination process. Moreover, it is one of today's needs to obtain films with high strength that will not be laminated and used as a single layer. In the first step of the thesis study, polypropylene based two different compounds that contained 50% (C1) and 60% (C2) of surface modified calcium carbonate were prepared in a twin screw extruder. The motor speed was 600 rpm during the compounding process and the reverse temperature profile was prefered. In the second stage, the experimental design was planned for the samples obtained by the blown film extrusion method and the variable parameters were determined. In terms of experimental design, weight, width, and stretching ratio were accepted as constant parameters. The ratio of linear low density polyethylene to be used during the blown film extrusion process and the two prepared compounds (C1 and C2) were determined as variable parameters. In this direction, it was planned to obtain four film samples (BF1, BF2, BF3 and BF4) with 0% and 15% of linear low density polyethylene added to C1 and C2 compounds. At the last stage, the micropores were obtained by using the stretching unit to achive breathability. MDO (Machine Direction Orientation) unit was used as the stretching unit with the 1:4 stretching ratio. Temperatures of the preheating, stretching, annealing and cooling rollers in the MDO unit were determined in terms of material structure and kept constant throughout production. In the study, a commercial polypropylene and polyethylene based compounds were characterized and compared with the prepared compounds, C1 and C2. The DSC, FTIR and ash analysis were investigated according to the material structure of the compounds. Increasing the amount of calcium carbonate in the compound has been found to increase the melt flow rate and density. Linear low density polyethylene can be added to improve the processability of the polypropylene based compounds. The obtained film samples were analyzed with the DSC, FTIR, ash tester, melt flow rate tester and density tester. The thermal characteristics and the IR absorption peaks of the film samples were determined. As a result of the ash analysis, the ratio of inorganic filler in the film matrix, namely calcium carbonate, was determined. The effect of the ratio of calcium carbonate contained in the film samples on the melt flow rate and density values was observed by analysis. A polyethylene based commercial microporous film was analyzed comparatively with BF1, BF2 and BF4 film samples for mechanical properties such as tensile strength at break, tensile strength, elastic modulus and tear strength. As the polypropylene is more rigid, it has been found that the tensile strengths and elastic modulus of the film samples are higher than commercial microporous polyethylene breathable film sample. Tensile elongation at break of the film samples are lower than commercial microporous polyethylene breathable film sample. It has been found that the tear strength values are rather low compared to the commercial microporous polyethylene breathable film sample. When the obtained film samples are compared within themselves, it is seen that the strength values change with the calcium carbonate ratio in the film matrix. Increase in the amount of calcium carbonate results in a decrease in strength values. The breathability (water vapor permeability), one of the most important parameters, was evaluated comparatively by using the MOCON analysis method. The water vapor permeability can be basically related to the material structure, the amount of calcium carbonate and the rate of stretching in the stretching unit. When the obtained film samples are compared within itself, it was found that water vapor permeability was proportional to the calcium carbonate ratio in the film matrix. BF1 and BF4 film specimens are particularly acceptable when compared with the commercial microporous polyethylene breathable film sample in terms of water vapor permeability. Within the scope of the thesis study, it is aimed to obtain micropores. For this reason, by using SEM analysis, surface morphology of the obtained film samples was examined and random micropores were observed at different sizes. It has been determined that the size of the micro pores in the vertical level is higher than the horizontal level. This is due to the fact that the vertical level exposed to more stress. It was seen that the stretching direction is vertical. The resulting microporous polypropylene breathable films can be used in the hygiene sector in terms of water vapor permeability values. More rigid materials were obtained compared to polyethylene based microporous film. It is known that the nature of the polypropylene structure is coming from the propylene monomers is more rigid than the polyethylene.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    879539

    Keçiboynuzu konsantresinin ozmotik distilasyon ile üretimi: Gıda kalitesi ve proses koşullarının değerlendirilmesi

    Production of carob concentrate by osmotic distillation: Evaluation of food quality and process conditions

    ESRANUR TAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Gıda MühendisliğiBursa Teknik Üniversitesi

    Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. RASİM ALPER ORAL

    PROF. DR. AYÇA MERİÇ HASANOĞLU

  2. Tez No

    672127

    Filtrasyon uygulamaları için yüksek performanslı bimodal filtre kumaşlarının üretilmesi ve karakterizasyonu

    Production and characterization of high performance bimodal filter fabrics for filtration applications

    MELİKE GÜNGÖR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    Tekstil ve Tekstil Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Tekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ALİ KILIÇ

  3. Tez No

    723442

    Syntheses, characterizations, and device fabrications of organic molecules for energy storage devices

    Enerji depolama cihazlarında kullanılmak üzere organik moleküllerin sentezi, karakterizasyonu ve cihaz uygulamaları

    SEBAHAT TOPAL

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    Enerjiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. TURAN ÖZTÜRK

  4. Tez No

    488102

    Süt ve süt ürünlerinin ileri osmoz-membran distilasyonu hibrit prosesi ile konsantrasyonu

    Concentration of milk and dairy products by means of a forward osmosis-membrane distillation hybrid process

    KÜBRA GÜL

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2017

    Kimya MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. AYÇA MERİÇ HASANOĞLU

  5. Tez No

    485275

    Lityum iyon batarya uygulamaları için polipirol esaslı anot bağlayıcılar

    PPY based anode binder for lithium ion battery application

    IŞIK İPEK AVCI

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2017

    Kimyaİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. BELKIZ USTAMEHMETOĞLU

Geri Dön