Gama transmisyon tekniği kullanılarak poli(metil metakrilat) malzemenin üretim aşamasında açığa çıkan gazın polimer yapıya etkisinin incelenmesi
Investigation of emitted gas effect on polymer structure by using gama transmission technique in production process of poly (methyl methacrylate)
Yazar: HANİFE ÇAKAR
Danışman: PROF. DR. NİLGÜN BAYDOĞAN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nükleer Araştırmalar Ana Bilim Dalı / Radyasyon Bilim ve Teknoloji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
GAMA TRANSMİSYON TEKNİĞİ KULLANILARAK POLİ (METİL METAKRİLAT) MALZEMENİN ÜRETİM AŞAMASINDA AÇIĞA ÇIKAN GAZIN POLİMER YAPIYA ETKİSİNİN İNCELENMESİ
ÖZET
PMMA yüksek saydamlıkta termoplastik bir polimerdir ve metilmetakrilat monomerin polimerizasyonuyla elde edilir. Saydamlığı, estetik ve çizilme dayanıklılığından dolayı son dönemlerde endüstriyel açıdan da tercih edilen bir polimerdir. Cam ve polistirenden daha iyi darbe mukavemetine sahip olan PMMA; estetik, ekonomik, yapımı ve tamiri kolay olduğu için yaygın kullanım alanına sahiptir. PMMA'ın darbe ve yorulmaya karşı direncini artırmak için çeşitli metodlar geliştirilmiştir. Bunlar arasında PMMA'a alternatif yeni bir madde geliştirmek, PMMA'ın kimyasal yapısını modifiye etmek, çeşitli güçlendiriciler ile PMMA'ı desteklemek gibi yöntemler vardır.
PMMA'nın camsılaşma sıcaklığı 105 °C civarındadır. Mükemmel bir optik saydamlığa sahiptir ve bu özelliğini ışık geçirgenliğinin önemli olduğu uygulamalarda kullanmak mümkündür. Güneş ışınlarına dayanımı (UV dayanımı) ve hava etkisiyle aşınmaya karşı mükemmel bir dirence sahiptir. PMMA 35 cm kalınlığa kadar saydamlığını kaybetmeden üretilebilir. PMMA'nın çekme direnci 70 MPa değerlerine kadar çıkar. Isıya dayanıklı PMMA'nın yük altında eğilme sıcaklığı 90 °C'nin üzerine kadar çıkabilir ve kalıplaşması genel olarak kolay olan bir plastiktir.
PMMA rezinler genellikle ısı ile polimerize edilir. Gama ışınlama ile polimerizasyon yöntemi polimer endüstrisinde sıklıkla kullanılmaktadır. PMMA, günümüzde sentetik elyaf ve boyalarda kullanılır. Çok serttirler ve camdan daha saydamdırlar. PMMA genellikle pleksiglas ticari isimleriyle satılır ve bir çok alanda cam olarak kullanılırlar. İkinci dünya savaşından sonra ise uzay ve otomotiv sanayindeki gelişmelerle birlikte bu alanlarda da kullanılmaya başlanmıştır. Günümüzde ise elektronik sanayisinde, raylı sistemlerde, spor aletleri üretimi gibi birçok alanda kompozit malzemeler kullanılmaktadır.
Söz konusu yüksek lisans tez çalışmasında, ATRP (atom transfer radikal polimerizasyonu) yöntemiyle üretilen PMMA polimerinin karakteristik özellikleri incelenmiştir. Co-60 ve Cs-137 radyoizotopları kullanılarak gama ışınlarına maruz bırakılmıştır. Gama radyasyonu ile ışınlama sırasında solüsyon içinde çözünmüş gazın yapıdan uzaklaştırılma işlemi uygulanan ve uygulanmayan PMMA polimer malzemelerin yapısal özellikleri incelenmiştir. Yapısal özelliklerindeki değişimler ve optik özellikleri de etkilemiştir. Bu nedenle, solüsyon içinde çözünmüş gazın yapıdan uzaklaştırılma işlemi uygulanan ve uygulanmayan PMMA polimer malzemelerin optik özelliklerindeki değişimler 190–1100 nm dalga boyu aralığında PG Instruments T80 UV-Vis-NIR spektrofotometre ile belirlenmiştir. Solüsyon içinde açığa çıkan gazın yapıdan uzaklaştırılma işlemi uygulanmadan üretilen PMMA polimer örneklere ait görüntülerde yapının yeterince homojen olmadığı görülmektedir. Solüsyon içinde açığa çıkan gazın yapıdan uzaklaştırılması sayesinde, yapıda kompaktlık sağlanırken, mikroskop görüntülerinde ise bu yapının daha homojen olduğu görülmektedir.
 PMMA polimer yapının geçirgenlik ve yansıtıcılık eğrilerindeki değişimler ayrıntılı olarak analiz edilmiştir. Daha sonra, XRF ölçüm cihazına yerleştirilen farklı kalınlıklardaki PMMA numunelerin ölçümleri alınmıştır. XRF sistemleri ile farklı formlardaki numunelerde sodyum-uranyum aralığındaki elementlerin analizleri numune matrisine bağlı olarak, ppm-% konsantrasyon mertebesinde yapılmaktadır. ATRP yöntemi ile üretilmiş PMMA polimer malzemeler için 650–4000 cm−1 aralığında gerçekleştirilen FTIR ölçümleri yapılmıştır. FTIR analiz sonuçları literatür ile karşılaştırılmalı olarak incelenmiştir. 
Bu tez çalışmasında, farklı kalınlıklara sahip PMMA polimer örnekler üzerinde çalışılmıştır. Her bir kalınlık için Co-60 ve Cs-137 radyoizotoplar kullanılarak gama transmisyon düzeneğinde sayımlar alınmıştır. Gama transmisyon tekniği, gama ışınlarının malzeme içinden geçerken malzeme atomları ile etkileşmesi esasına dayanmaktadır. Bu etkileşmeler neticesinde gama ışınları enerjilerinin bir kısmını veya tamamı kaybetmektedirler. Gama radyoizotop kaynağı ve dedektör malzemenin her iki tarafına aynı eksende olacak şekilde yerleştirilerek kaynaktan çıkarak malzemeyi kateden radyasyon şiddeti ölçülmektedir. 
Bu tez çalışmasında, gama transmisyon tekniği ile, Cs-137 ve Co-60 gama radyoizotop kaynakları kullanılarak, farklı niteliklerde üretilen PMMA polimer örneklerin, radyasyon zayıflatma katsayıları tayini yapılmasına ilişkin deneysel bir inceleme yapılmıştır. Sabit deney geometrisinde deneyler gerçekleştirilmiştir. 
Sistem kurulduktan sonra ilk olarak sistemin ortam radyasyonu (background) ölçülmüştür. Daha sonra malzeme konulmadan kaynaktan çıkan ve kolimatörü geçerek dedektöre ulaşan başlangıç gama radyasyonu (I0) ölçülmüştür. Bu çalışmalardan sonra her bir malzeme için farklı kalınlık değerlerinde numuneler kolimatör önüne yerleştirilerek her kalınlık değeri için gama radyasyonu (I) ölçümleri gerçekleştirilmiştir. 
Ortam radyasyonunun ölçülen sayım değerlerinden çıkarılması ile net sayım değerleri elde edilmiştir. Her bir malzemenin farklı kalınlıkları için elde edilen net sayım değerleri net başlangıç sayımına bölünerek bağıl sayım (I/I0) değerleri belirlenmiştir. Malzemelerin bağıl sayım-kalınlık grafikleri oluşturularak gama zayıflatma eğrilerine ulaşılmış olup buradan hareketle malzemelerin birbirleri ile mukayese edilerek değerlendirilmesi gerçekleştirilmiştir.
Bu sayımlardan yola çıkarak numunelerin standart sapmaları ve bağıl sayımları belirlenmiştir. Elde edilen bağıl sayımların analizi ile lineer zayıflatma katsayılarına ulaşılmıştır. Ulaşılan sonuçlar neticesinde PMMA polimer örneklerin kalınlığı arttıkça, örneklerin yansıtıcılığın arttığı görülürken, PMMA polimer örneklerin kalınlığı arttıkça geçirgenliğinin de azaldığı tespit edilmiştir.

Abstract:
INVESTIGATION OF EMITTED GAS EFFECT ON POLYMER STRUCTURE BY USING GAMA TRANSMISSION TECHNIQUE IN PRODUCTION PROCESS OF POLY (METHYL METHACRYLATE)
SUMMARY
PMMA (poly methyl methacrylate) is a thermoplastic polymer in high transperancy and is made of polymerization of methylmethacrylate monomer. By its aesthetic appearance, transperancy and scratch resistance, it is highly preferred polymer for industrial usage during last decades. PMMA which has better impact resistance comparing to glass and polystyrene, has wider scope for area of usage, by dint of its aesthetic, economic and simplicity to produce and to repair. To increase its resistance level against fatigue and impact, there have been improved sort of methods. Those methods aimed to produce an alternative matter for PMMA, to modify the chemistry of PMMA, to support PMMA with some strengthening matters.
Glass-transition tempreture of PMMA is about 105 °C. It has perfect optical transperancy and is possible to use this specification on the applications that are based on ligth tranmittance. It has excellent UV and weathering resistance. PMMA can be produced till 35 cm without losing its transperancy.  The tensile strength of PMMA can reach 70 MPa measure. Tempreture of deflection under load of thermoduric PMMA can reach over 90 °C and it is generally easy moulding plastic.
PMMA is generally polymerized by heat. The polymerization method with Gamma Rays is commonly used on the polymer industry. PMMA has been seen in synthetic fiber and paints. These materials are pretty strong, tough and more transperant comparing with glass. PMMA is called 'plexiglass' as its market name and it's been used in many industries as glass.  After world war 2, following the technological developments on space and automotive industries, it also came into use in those industries. In today's world, composite materials are preferred in many industries such as electronic, rail systems and sports equipments. 
During the thesis study of master degree, the characteristic features of PMMA which is produced by ATRP (Atom Transfer Radical Polymerization) method, are examined.  Using Co-60 and Cs-137 isotopes, it had been exposed to gamma rays. During the process of being exposed to gamma rays, both structural characteristics which are applied and non-applied dissolved gas in solution free from the structure  application of polymer PMMA are examined. The changes in structural characteristics influenced the optical properties, too. Therefore, the changes of optical properties of applied and non-applied dissolved gas in solution free from structure application polymer PMMA matterials are indicated with PG Instruments T80 UV-VIS-NIR spectrophotometer in 190–1100 nm wavelength range. 
During the examination of samples of pmma which was produced by non-applied dissolved gas in solution free from the structure method, it is seen that the structure of PMMA is not homogeneous enough. By dint of dissolved gas in solution free from the structure method, obtaining compactness in the structure, it is seen that the structure is more homogeneous in the photomicrographs.
The changes in curves of transmittance and reflectance of PMMA polymer structure are analyzed in detail. After, the measures of PMMA samples in different thickness that are put into XRF analysis machine are collected. The  elements of samples in different forms that are in sodium-uranium gap are analyzed in ppm % consentration level with XRF system, according as sample's matrix. FTIR analyses are done in 650–4000 cm−1 gap for PMMA polymer matterials that have been produced by ATRP method. The results of FTIR analyses are analyzed comparing the technical literature.
In this study, PMMA samples in different thicknesses were  worked on.  For each thickness, using the Co-60 ve Cs-137 radioisotopes,  countings were collected by gamma transmission mechanism. Gamma transition method is based on interaction between atoms of matter and gamma rays while they are passing-through the matter. As a result of these interactions, gamma rays loose a part or all of energy. Putting the gamma radioisotope source and detector materials in the same line, intensity of gamma rays that are emanting from the source and passing-through the material are measured.
In this study, with gamma transition method, an experimental research, related to the definition of radiation attenuation coefficient of PMMA polimer samples that are produced in different qualifications, using Cs-137 and Co-60 gamma radioisotopes sources, is done. The researches are done in stationary test conditions. After the system is build, first of all, the background radiation of system is measured. Afterwards, without putting the material, inception gamma radiation (I0) that is emanting from the source, passing-through collimator and reaching the detector is measured. After that work, putting the samples in different thicknesses for each matter in front of the collimator, gamma radiation (I) for each thickness is measured. With taking away the background radiation values (I0) from the measured counting values (I), clear values are obtained. 
Dividing the measured clear counting values by inception counting values (I/I0) for every different thicknesses of each material, the relative counting values are obtained. Creating relative counting–thickness graphs, gamma attenuation curves are obtained. From this point of view, the matters are examined with comparing each others. Based on these countings, standard deviations and relative countings of samples were determined. Linear attenuation coefficients were reached by analyses of acquired relative countings. As a result of acquired conclusion, the increment in reflectance and decrease in transmittance of PMMA polymer sample, when the thicknesses of PMMA polymer sample are increased, are determined.