Plazma polimerizasyon yöntemiyle polimerik malzemelere yanmazlık özelliğinin kazandırılması
Flame retardancy improvement of polymeric materials by plasma polymerization
Yazar: HANDE YAVUZ
Danışman: PROF. DR. NURSEL DİLSİZ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2007
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Bor = Boron ; Poliolefinler = Polyolephines

Özet:
Polietilen ve polipropilen gibi poliolefinler, aleve karsı dayanıksız olupdüsük termal ve mekanik özelliklere sahiptir. Poliolefinleri, yıgınözelliklerini degistirerek ya da yüzeyine mikrometre veya nanometreboyutunda kaplama yaparak aleve karsı dayanıklı hale getirmekmümkündür. Bu çalısmada, polietilen (PE), çift yönlü gerdirilmispolipropilen (BOPP) filmlerin ve pamuklu kumasların yüzeyleri plazma iletrimetil borat, trimetil boroksin, tri-t-bütil borat, trimetilen borat kullanılarakmodifiye edilmis olup Fourier Transform Infrared (FTIR) ve X-ısınıFotoelektron Spektroskopisi (XPS) ile kimyasal yapı tayini, ASTM D2863standardına göre sınırlayıcı oksijen indisleri (LOI), Termogravimetrik Analiz(TGA) ve Diferansiyel Termal Analiz (DTA) ile termal kararlılıgı, TaramalıElektron Mikroskopisi (SEM) ve Atomik Kuvvet Mikroskopisi (AFM) ileyüzey morfolojileri ve topografileri, Damlacık Sekli Analizi (DSA) ile yüzeytemas açısı ve ayrıca polietilen ve polipropilen filmlerin mekanik testleriyapılmıstır. Belirlenen en uygun plazma kosullarında (30W ve 30 dak) BOPPfilmlerin LOI degerinin 17,9'dan 24,0 degerine artıgı tespit edilmistir. XPSile orijinal BOPP numunesinde C ve O, 55W plazma gücünde 60 dakikaboyunca trimetil borat plazması görmüs olan BOPP film numunesinde iseC, O ve B elementlerinin analizi yapılmıstır. Buna göre, %11,2 oranında Belementinin plazma islemi görmüs olan BOPP film yüzeyinde var oldugutespit edilmistir. AFM ve SEM çalısmalarıyla, farklı kosullardaki plazmamodifikasyonun farklı türde yüzey kaplamasına neden oldugu görülmüstür.Temas açısı ölçümüyle BOPP filmlerin modifikasyon sonucunda hidrofilikkarakter kazandıgı belirlenmistir. 80W güçte islem gören filmlerin çekmedayanımı 57 MPa'dan 155 MPa degerine artarken çekme uzamasındaönemli bir degisim görülmemistir. Plazma gücü düstükçe mekaniközelliklerde zamana baglı olarak net bir degisim gözlenmemistir. Sonuçlar,BOPP filmlerin aleve dayanıklı hale getirilmesinde trimetil boratplazmasının alternatif bir yöntem olarak kullanılabilecegini göstermistir.Anahtar Kelimeler : Poliolefin filmler, plazma polimerlesmesi, bor,güç tutusurluk, aleve dayanıklılık

Abstract:
Polyolefins such as polyethylene and polypropylene has low thermal andmechanical properties and also can burn readily when subjected to flame.Bulk property modification or layer deposition in micrometer or nanometerscale can be performed to improve flame retardancy. In this study, plasmasurface modification of polyethylene (PE), bi-axially oriented polypropylene(BOPP) films and cotton fabrics was carried out by using trimethyl borate,trimethylboroxine, tri-t-butyl borate, trimethylene borate compounds. Themodified chemical structure was examined by Fourier Transform Infrared(FTIR) and X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS). Surface topographyand morphology was investigated by using Atomic Force Microscopy(AFM) and Scanning Electron Microscopy (SEM), respectively. The flameretardancy was evaluated according to the ASTM D2863 standard (LOI).The thermal stability was indicated by Thermogravimetric Analysis (TGA)and Differantial Thermal Analysis (DTA), respectively. The contact anglemeasurements were carried on Drop Shape Analysis (DSA) equipment andalso mechanical tests were evaluated for BOPP and PE films. At optimumplasma conditions (30W and 30 min plasma treatment), LOI of BOPP filmswas obtained increased from 17,9 to 24,0. The chemically bonded elementswhich gathered from XPS surface analyses of original BOPP and 55W 60minutes trimethyl borate plasma treated BOPP film were C, O and C, O, Brespectively. It was found that 11,2% B element detected in the surfaceregion of plasma treated BOPP film. At different plasma conditionsdissimilar kind of plasma depositions were observed by exploring AFM andSEM pictures. Besides, by evaluating contact angle measurements it hasseen that trimethyl borate plasma modified BOPP films were gainedhydrophilic character. Mechanical characterization showed that at 80Wplasma power treated BOPP films? tensile strength was raised from 57 to155 MPa while the maximum strain was remained approximatelyunchanged. It was seen that there was no such linear relation betweenplasma power and mechanical behavior of polyolefin films. The resultsshowed that trimethyl borate plasma modification could be used as analternative method to enhance flame retardancy of BOPP film.Key Words : Polyolefin films, plasma polymerization, boron, flameretardancy