Ligninin nitril kauçuk vulkanizasyonunda koajan olarak değerlendirilmesi
Evaluating lignin as a co-agent for nitrile rubber vulcanization
Yazar: ARZU ORAL
Danışman: DOÇ. DR. BAĞDAGÜL KARAAĞAÇ
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Lignin, yenilenebilir kaynaklardan elde edilen doğal bir polimerdir. Toksik olmaması, ucuzluğu ve selüloz üretiminde atık olarak çıkması, kolay ve bol bulunuyor olması nedenleriyle polimerik malzemelerde takviye edici malzeme olarak kullanımı ilgi çekmektedir. Lignin, reçine benzeri bir yapıya sahiptir ve kauçuk matrisinin ağ yapısını etkileyerek vulkanizasyon tepkimesine eşlik edebilir. Bu çalışmada, nitril kauçuk vulkanizasyonunda ligninin olası koajan etkisi, çaprazbağ yoğunluğu, çaprazbağ tiplerinin dağılımı, reolojik ve dinamik özelliklerin ölçümü yoluyla araştırılmıştır. Lignin varlığında gerçekleştirilen NBR vulkanizasyonunun reaksiyon kinetiği doğrusal olmayan bir vulkanizasyon kinetik modeli kullanılarak değerlendirilmiştir.
Reolojik özellikler, hareketli kalıp reometresi (MDR, Alpha MDR 2000R) kullanılarak elde edilen vulkanizasyon eğrilerinden belirlenmiştir. Vulkanizasyon eğrileri, kinetik parametrelerin hesaplanması için listelenen zaman-tork verilerinin elde edilmesi için işlenmiştir. Dinamik ölçümler, Lee-Pawlowski-Coran yaklaşımına göre, vulkanizasyon öncesi ve sonrası çaprazbağ yoğunluklarının hesaplanmasında gerekli olan ve farklı salınım frekanslarındaki G' değerlerinin belirlenmesi amacıyla kauçuk proses analizörü (RPA, Montech RPA 3000) kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Oluşan çaprazbağ tiplerinin oranlarının belirlenmesinde tiol/amin prob yöntemi uygulanmıştır.
Pişme hızını neredeyse hiç değişmeden pişme derecesini arttırması ve lignin varlığında tüm hamurlar için kimyasal çaprazbağ yoğunluğunun önemli ölçüde artması, NBR vulkanizasyonu sırasında ligninin koajan olarak etki ettiğini, çaprazbağlanma mekanizmasını değiştirdiğini göstermiştir. Özellikle düşük lignin konsantrasyonlarında (0,5 ve 1 phr) için bu durum daha belirgindir. Lignin içeren hamurların referansa göre daha yüksek çaprazbağ yoğunluğuna sahip olması, ligninin aktivasyon enerjisi üzerindeki etkisi ile de açıklanabilir. Bununla birlikte, lignin varlığında elde edilen çaprazbağların büyük ölçüde mono- ve disülfidik yapıda olduğu görülmüş, koajan etkisinin malzemenin yaşlanma performansını da olumlu yönde geliştirebileceği görülmüştür.
Anahtar Kelimeler: Çaprazbağlanma, Ko-ajan, Lignin, NBR.

Abstract:
Lignin is a natural polymer derived from renewable resources. It has great potential as a reinforcing material in polymeric materials; because it is non-toxic, inexpensive, available in large amounts as a waste from cellulose production. Lignin has a resin-like structure and it is able to accompany vulcanization reaction by affecting the network structure of rubber matrix. In this study, possible co-agent effect of lignin in nitrile rubber vulcanization has been evaluated in terms of rheological and dynamic properties. Cure kinetics of lignin-assisted NBR vulcanization was also investigated by using a non-linear cure kinetic model as well as thiol/amine prob analysis.
Rheological properties were measured from their respective cure curves, which were obtained by using a moving die rheometer (MDR, Alpha MDR 2000R). Cure curves were processed to get listed time-torque data for calculating kinetic parameters. Dynamic measurements were performed by using a rubber process analyzer (RPA, Montech RPA 3000) for determining G' values for different oscillation frequencies, which are used to estimate before and after cure crosslink densities according to Lee-Pawlowski-Coran approach.
Higher cure extent for almost the same cure rate and remarkably higher chemical crosslink density for all the lignin containing compounds indicate lignin to be a successful co-agents changing vulcanization reaction pathway. This is more evident for relatively low (0.5 and 1 phr) lignin concentrations. Besides, lignin was found to increase mono- and disulfidic crosslinks rather than polisulfidics, which may possibly improve thermal aging resistance of the resulting materials.
Keywords: Crosslinking, Co-agent, Lignin, NBR.