Termoplastik poliüretanların hazırlanması ve polimer harmanlarında kullanımı
Preparation of thermoplastic polyurethanes and usage in polymer blends
Yazar: NEVRA TAMER ERCAN
Danışman: PROF. DR. AHMET KAŞGÖZ ; PROF. DR. MEHMET ALİ GÜRKAYNAK
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimyasal Teknolojiler Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2007
Konu: Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Düşük polariteye sahip ticari polimerlerle daha uyumlu polimer harmanların hazırlanması amacıyla gerçekleştirilen bu tez çalışmasında, yağ kimyasalları bazlı dioller ile polieter diol karışımlarından ilk defa farklı bileşimlerde termoplastik poliüretanlar (TPU) elde edilerek, bu polimerlerin ticari polipropilen (PP) ile iki farklı oranda (PP/TPU = 90/10 ve 70/30) harmanları hazırlanmış ve örneklerin bazı fiziksel özellikleri incelenmiştir.TPU'ların hazırlanmasında farklı yapı ve özelliklere sahip ürün elde etmek amacıyla kullanılan diol bileşiklerinin oranları ve zincir uzatıcının tipi değiştirilmiştir. Yapısal olarak farklı olan ve buna bağlı olarak da farklı oranda hard segment içeren ürünler FTIR analizi, viskozite ölçümleri ve DSC analizi ile karakterize edilmiştir.FTIR analizi, ürünlerin hazırlanması esnasında yan reaksiyonların oluşmadığını ve üründe serbest izosiyanat gruplarının kalmadığını göstermiştir. İntrinsik viskozite tayinleri, viskozitenin üründeki hard segment oranı ile orantılı olarak arttığını göstermiştir. DSC analizleri de ürünlerin camsı geçiş sıcaklığının, yine hard segment oranındaki artışa paralel olarak arttığını göstermiştir. Hard segment oranına bağlı olarak ürünlerin intrinsik viskozite değerleri 0,434 ? 0,524 dL/g arasında ve camsı geşiş sıcaklıkları ise (-47oC) ? (-15oC) arasında değişmektedir.Elde edilen TPU'lar ile ticari PP'nin eriyikte harmanları iki farklı oranda hazırlanarak, ürünlerin bazı ısıl, reolojik ve mekanik özellikleri belirlenmiştir. Gerçekleştirilen DSC analizleri PP'nin erime ve kristalizasyon sıcaklığı üzerinde TPU'nun yapısının ve miktarının önemli bir etkisinin olmadığını göstermiştir. Yapılan reolojik testler sonucunda ise 90/10 oranındaki harmanlarda TPU'nun yapıya girmesi ile ürünün daha yumuşak bir yapı kazandığı söylenebilir. Ancak TPU oranı %10'dan %30'a çıkarıldığında özellikle hard segment oranı yüksek olan örneklerde, yüksek ara yüzey gerilimi nedeniyle oluşan uyumsuzluk neticesinde harmanların bazı özelliklerinin olumsuz yönde etkilendiği görülmüştür.Harmanların mekanik testlerinde, 90/10 oranında hazırlananlarda, TPU'nun yapıya esneklik kazandırması nedeniyle kopma anında uzama değelerinin saf PP'ne göre arttığı belirlenmiştir. TPU oranının artması ile harmanın uzama değerleri yanı sıra Young modülü, akma gerilimi ve kopma anında uzama değerleri de düşmektedir.Gerek reolojik ve mekanik testler gerekse SEM fotoğrafları sonucunda, 90/10 oranındaki harmanlarda, TPU'nun PP içerisinde daha homojen bir dağılım gösterdiği, TPU oranının artması ile TPU'nun yapısına bağlı olarak dağılımın farklandığı görülmüştür. Ancak genel olarak ticari polieter ya da poliester esaslı TPU ile PP'den hazırlanan harmanlara oranla, polaritesi daha düşük olan yağ kimyasalı esaslı ve uzun hidrokarbon zincirlerine sahip dioller ile elde edilen TPU'lar ile PP'den, bu çalışmada hazırlanan harmanların göreceli olarak daha uyumlu yapıda olduğu görülmüştür.

Abstract:
In this study preparing more compatible polymer blends of thermoplastic polyurethane and commercial polymers that have low polarities, were aimed. For the first time, thermoplastic polyurethanes (TPUs) were prepared by mixing of oleochemical diol and polyether diol and they were blended with a commercial polypropylene (PP) in two weight ratios (PP/TPU= 90/10 and 70/30) and their some physical properties were examined.Different diol and chain extenders were used in the preparation of TPUs having different structure and properties. Structurally different TPUs having various hard segment ratios were characterized by FTIR, intrinsic viscosity and DSC analysis. In samples, by FTIR neither side reaction nor free isocyanate groups were observed. Intrinsic viscosity values and glass transition temperatures (Tg) were linearly increased as hard segment content increased. Depending on the increasing of hard segment content in TPUs, intrinsic viscosity values were changed between 0,434 ? 0,524 dL/gr and Tg values were changed between (-47oC) ? (-15oC).TPUs and polypropylene were melt blended in two different ratios and thermal, rheological and mechanical properties were examined. It was found that TPU structure and its weight ratio in blends did not influence much the melting and crystallization temperatures of polypropylene. It can be inferred that blend structure became more elastic by the adding of TPU in blends (PP/TPU=90/10), but in the case of increasing of TPU content (PP/TPU=70/30), especially TPUs with higher hard segment content, because of higher interfacial tension which cause to immiscibility, some properties were affected negatively.Mechanical tests of blends showed that TPU gave a structural elasticity thus values of elongation at break values were found higher than that of pure PP. Beside the elongation at break values of blends, Young?s modulus and yield stress values also decreased by increasing TPU content.Rheological behavior, mechanical tests and also SEM images showed that TPU particles homogeneously dispersed in 90/10 blends. On the other hand, TPU dispersion is diverted with increasing of TPU ratio depending on the TPU structure. However, it can be concluded that the blends of PP and TPUs which were prepared with oleochemical diols having low polarity and long hydrocarbon chain are more compatible than the blends of PP and TPUs were based on commercial polyether or polyester diol.