Improving the properties of polylactic acid by melt blending
Eriyik harmanlama ile polilaktik asit özelliklerinin iyileştirilmesi
- Tez No: 793845
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MEHMET ARİF KAYA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Polimer Bilim ve Teknolojisi, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yalova Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Polimer Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Polimer Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 135
Özet
Poli (laktik asit) (PLA), alifatik polyester ailesinin bir parçası olup, α-hidroksi asitlerden meydana gelmektedir. Bunlara ek olarak mısır, buğday, patates ve nişasta gibi yenilenebilir kaynakların fermantasyonundan elde edilen endüstriyel alanlarda da kullanılabilen biyobozunur bir polimerdir. Biyolojik olarak parçalanabilen, biyouyumlu bir malzeme olup, yüksek dayanımlı, yenilenebilir kaynaklardan elde edilebilen, yüksek modüle sahip termoplastik bir polimerdir. PLA'nın biyoparçalanabilir yapısı onun ambalajdan tekstil endüstrisine kadar birçok alan için sürdürülebilir, gelecek vaat eden ve popüler bir hammadde yapmaktadır. Geniş uygulama alanlarının olması PLA'nın işlenebilirliğinden kaynaklanmaktadır. PLA rijit bir polimer olduğu için, esnekliği düşüktür ve kopma uzama değerleri genellikle düşüktür. Bu PLA esaslı ürünlerin en önemli problemlerinden birisidir. PLA'nın kopma dayanımı ve elastik modül gibi mekanik özellikleri uygulama alarındaki kullanımını sınırlandırmaktadır. Ayrıca 50-60 °C aralığında olan camsı geçiş sıcaklığının (Tg) altında da kırılgandır. PLA'nın kırılgan özelliği en büyük ve önemli dezavantajıdır. PLA, sert ve kırılgan bir malzeme olduğu için düşük aşınım direncine ve hidroliz direncine sahiptir. Bu soruların üstesinden gelmek için farklı polimerler ve uyumlaştırıcılar ile karıştırılarak hem geleneksel hem de modern üretim yöntemleri ile karşılaştırılması yapılıp endüstriyel alandaki kullanım alanları incelenecektir. PLA'nın ısıl, morfolojik ve mekanik özelliklerinin modifiye edilmesi için farklı polimerlerle karışımları yapılmaktadır. PLA'nın bu dezavantajını ortadan kaldırmak için PET ve PBT gibi polimerler ile blendler hazırlayarak zayıf özelikleri ortadan kaldırmak hedeflenmektedir. Böylece biyobozunur, çevre dostu ve daha iyi performans özelliklerine sahip malzemeler hazırlanarak başta tekstil, otomotiv ve elektronik ürünler olmak üzere birçok sektöre yeni hammaddeler sağlanabilmektedir. PBT (polibütilen tereftalat) yaygın olarak kullanılan bir polyester çeşididir. Yüksek kristalleşme hızı ve yüksek erime sıcaklığına sahiptir. PBT, PLA' dan daha yüksek erime sıcaklığına sahiptir. Bu nedenle PLA ile blend yapılacak ilk polimer PBT seçilmiştir. PLA blendi için seçilen diğer polimer ise PET (Polietilen tereftalat) 'tir. PET iyi termal ve mekanik özelliklere, düşük geçirgenliğe ve kimyasal dirence sahip olan önemli bir ticari mühendislik termoplastiğidir. PLA'nın termal stabilitesini PET'e dahil edilmesiyle incelenmesi hedeflenmektedir. Bu çalışmada; ağırlıkça %5, %10 ve %15 PBT ve yine aynı oranlarda PET içerecek şekilde hazırlanan PLA/PBT ve PLA/PET karışımları, uyumlaştırıcı olarak maleik anhidrit aşılı etilen (EBA-g-MAH), random etilen-metil akrilat-glisidil metakrilat (GMA) terpolimeri ve zincir uzatıcı olarak da Joncryl kullanılarak çift vidalı bir ekstrüderde üretim gerçekleştirildi. Çift vidalı ekstrüderde üretilen olan PLA/PET ve PLA/PBT blendlerinin granülleri enjeksiyon yöntemi ile test numuneleri olarak kalıplanmış ve tez analiz numunleri hazırlanmıştır. Farklı oranlarda karıştırılmış PLA/PBT ve PLA/PET blendleri uyumlaştırıcısız, uyumlaştırıcısız ve zincir uzatıcı eklenerek üretilmiş ve bu blendlerin reolojik, fiziksel, mekanik ve termal özellikleri karakterize edilmiştir. Oluşturulan PLA/PBT ve PLA/PET blendlerinin karakterizasyonları için ilk önce saf PLA, PBT ve PET polimerlerinin daha sonrasında da PLA blendlerinin reolojik, fiziksel, mekanik ve termal analizleri yapıldı. Reolojik test olarak time sweep test gerçekleştirildi. Fiziksel karakterizasyon için polimerlerin ve blendlerin yoğunlukları, shore D sertlik testleri ve kalıp çekme özellikleri analiz edilmiştir. Mekanik testler için ise çekme, kopma dayanımları, elastik modülleri ve izod darbe mukavemeti özellikleri incelenmiştir. Ayrıca %10 PBT ve %10 PET içeren harman numunelerinin en yüksek mekanik özellikleri gösterdiği görülmüştür. Termal analiz ksımında ise saf polimerlerin HDT/VICAT testleri yapılmış ve uyumlaştırıcı ve zincir uzatıcı kullanımının termal özellikleri nasıl etkilediği gözlemlenmiştir. Yapılan tüm analiz test sonuçlarında saf PLA, PBT ve PET polimerlerinin özellikleri ile PLA blendlerinin uyumlaştırıcı veya zincir uzatıcı kullanılması halinde nasıl bir değişiklik gösterdiği analiz edilmiştir. Uyumlaştırıcı kullanılarak hazırlanan PLA/PBT ve PLA/PET karışımlarında ekstrüzyon işleminin ikinci kez tekrarlanmasının mekanik özellikleri olumlu yönde artırdığı görülmektedir. Bu nedenle ikinci kez ekstrüde edilen numunelerin mekanik özelliklerinin karşılaştırılmasında, ikinci kez ekstrüde edilen numunelerin daha verimli karıştığının düşünüldüğü ve üretilen numunelerin değerleri karşılaştırılmıştır. daha çok performans ürünleri kullanılmış ve bunlar üzerinden yorumlar yapılmıştır. Çift ekstrüder işlemi uyumlaştırıcısız numunelerde yapıldığında tekrarlı ısıl işlemden dolayı moleküler ağırlığın azalması, bozunma nedeniyle mekanik özellikler düşer ve buna rağmen uyumlaştırıcısız numunelerde daha iyidir, bu nedenle uyumlaştırıcı kullanılması ve buna ek olarak mekanik özellikler daha da iyileştirilmiştir sonuca varılmıştır. Bu çalışmanın sonucunda PLA'nın dezavantajlarının üstesinden gelmek amacı ile farklı polimerler ve uyumlaştırıcılar ile karıştırılarak hem geleneksel hem de modern üretim yöntemleri ile karşılaştırılması yapılıp endüstriyel alandaki kullanım alanları incelenmiştir.
Özet (Çeviri)
PPoly (lactic acid) (PLA) is part of the aliphatic polyester family and consists of α-hydroxy acids. In addition, it is a biodegradable polymer that can also be used in industrial areas, obtained from the fermentation of renewable resources such as corn, wheat, potatoes, and starch. It is a biodegradable, biocompatible material and is a high-modulus thermoplastic polymer with high strength, available from renewable resources. The biodegradable nature of PLA makes it a sustainable, promising, and popular raw material for many fields from packaging to the textile industry. The wide application areas are due to the processability of PLA. Because PLA is a rigid polymer, its flexibility is low and its elongation at break values is generally low. This is one of the most important problems of PLA-based products. Mechanical properties of PLA, such as tensile strength and elastic modulus, limit its use in applications. It is also brittle below the glass transition temperature (Tg), which is in the range of 50-60 °C. The brittleness of PLA is its biggest and most important disadvantage. PLA has low abrasion resistance and hydrolysis resistance because it is a hard and brittle material. To overcome these questions, it will be blended with different polymers and compatibilizers and compared with both traditional and modern production methods and their use in the industrial field will be examined. In order to modify the thermal, morphological, and mechanical properties of PLA, it is blended with different polymers. To this disadvantage of PLA, it is aimed to eliminate the weak properties by preparing blends with polymers such as PET and PBT. Thus, new raw materials can be provided to many sectors, especially textile, automotive and electronic products, by preparing materials that are biodegradable, environmentally friendly, and with better p, performance properties. In this study; PLA/PBT and PLA/PET blends prepared to contain 5%, 10%, and 15% PBT by weight and PET in the same proportions, maleic anhydride grafted ethylene (EBA-g-MAH) as a compatibilizer, random ethylene-methyl acrylate-glycidyl methacrylate (Production was carried out in a twin screw extruder using GMA) terpolymer and Joncryl as chain extender. PLA/PBT and PLA/PET blends blended in different ratios were produced without compatibilizer, without compatibilizer and by adding a chain extender, and the rheological, physical, mechanical, and thermal properties of these blends were characterized.For the characterization of the PLA/PBT and PLA/PET blends created, first rheological, physical, mechanical, and thermal analyzes of neat PLA, PBT, and PET polymers and then PLA blends performed time sweep test was performed as a rheological test. Densities of polymers and blends, shore D hardness, tests and mold shrinkage properties were analyzed for physical characterization. For mechanical tests, tensile strength, tensile strength, elastic modulus and Izod impact strength properties were examined.In the thermal analysis part, HDT/VICAT tests of neat polymers were made and it was observed how the use of a compatibilizer and chain extender affected the thermal properties. It was also observed that blend samples containing 10% PBT, and 10% PET showed the highest mechanical properties. In all analysis test results, the properties of neat PLA, PBT, and PET polymers and PLA blends change when compatibilizer or chain extender is used were analyzed. It is seen that repeating the extrusion process for the second time in PLA/PBT and PLA/PET blends prepared using compatibilizers increases the mechanical properties positively. For this reason, in the comparison of the mechanical properties of the samples extruded for the second time, the values of the samples produced were compared and it was thought that the samples that were extruded for the second time were blended more efficiently. mostly performance products were used and comments were made on them. It was concluded that when the double extruder process is performed on samples without compatibilizer, the molecular weight decreases due to repeated heat treatment, the mechanical properties are reduced due to degradation, and yet it is better in the samples without compatibilizer, so the use of compatibilizer and additionally the mechanical properties are further improved.
Benzer Tezler
- Effect of polylactide molecular weight on cellulose nanocrystal dispersion quality
Polilaktitin molekül ağırlığının selüloz nanokristal dağılım kalitesine etkisi
ANIL DÜNDAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MOHAMMADREZA NOFAR
- Improvement of flame retardancy and mechanical properties of biobased polylactic acid compounds
Biyo bazlı polilaktik asit harmanlarının mekanik mukavemet ve yanma dayanımı özelliklerinin iyileştirilmesi
CEREN YARGICI KOVANCI
Doktora
İngilizce
2023
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MOHAMMADREZA NOFAR
- Investigation of joncryl chain extender reactivity with amorphous and semicrystalline polylactide
Joncryl zincir uzatıcının reaktivitesinin amorf ve yarı kristalin polilaktit ile incelenmesi
YAVUZ AKDEVELİOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MOHAMMADREZA NOFAR
- Poli (laktik asit) (PLA) lifinin doğal boyar maddeler ile boyanabilirliğinin polihedraloligomeriksilseskuioksan (POSS) nano parçacıkları kullanılarak iyileştirilmesi
Improving process of the dyebility of poly (lactic asid) (PLA) by using fiber polyhedraloligomeric silsesquioxane (POSS) nanoparticle with natural dyestuff material during melt spinning
İREM TUĞÇE ÇELİK
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Tekstil ve Tekstil MühendisliğiErciyes ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET DOĞAN
- Poli(laktik asit) (PLA) lifinin boyanabilirliğinin polihedraloligomeriksilseskuioksan (POSS) nanoparçacıkları kullanılarak iyileştirilmesi
Improving the dyebility of poly (lactic asid) (PLA) fiber using polyhedraloligomeric silsesquioxane (POSS) nanoparticle during melt spinning
ONUR BAYKUŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Tekstil ve Tekstil MühendisliğiErciyes ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MEHMET DOĞAN