POSS yardımıyla çapraz bağlanmış poliolefin elyaflarının geliştirilmesi
Development of crosslinked polyolefin fibers by POSS
Yazar: EZGİ BİÇER
Danışman: PROF. DR. GÜRALP ÖZKOÇ
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Bu tez çalışmasının motivasyonu jelden lif çekim yöntemine kıyasla daha temiz ve çevreci bir üretim yöntemi olan eriyikten lif çekim yöntemi kullanılarak, yüksek performans sergileyen polietilen elyafların geliştirilmesidir. Bu motivasyon doğrultusunda çalışmada hem çapraz bağlanma reaksiyonunu koajan olarak destekleyecek hem de rijit kafes yapısı sebebiyle üretilen polietilen elyafı nano-güçlendirme potansiyeli olan polihedral oligomerik silseskuiokzan (POSS)'lar kullanılmıştır. Çalışma kapsamında literatürde ilk defa kullanılan üç farklı POSS'un ortak özelliği yapılarında doymamış çift bağlar bulunmasıdır. Bu sayede radikalik olarak gerçekleşen çapraz bağlanma reaksiyonunu koajan olarak destekleyebilmektedirler. Malzeme parametresi olarak üç farklı yapıdaki POSS'un (oktavinil POSS (OVPOSS), akrilo POSS (ACPOSS) ve metakril POSS (MACPOSS)) yanı sıra, bu POSS'ların konvansiyonel bir koajan olan triallil izosiyonürat (TAIC) ile de sinerjisi farklı bileşim oranlarında ele alınmıştır. Ayrıca polietilen türü (yüksek yoğunluklu polietilen (HDPE) ve lineer düşük yoğunluklu polietilen (LLDPE)) ve bazı süreç parametreleri de tez çalışmasında incelenmiştir. Elyafların üretimi amacıyla eriyik harmanlama, lif çekme ve yönlendirmenin ardından UV yardımıyla çapraz bağlama aşamaları uygulanmıştır. Sonuçlar hedeflenen üretim tekniği baz alındığında HDPE matrisinin LLDPE'ye göre daha uygun bir polietilen türü olduğunu göstermiştir. POSS türleri kıyaslandığında OVPOSS ve ACPOSS'un matris içerisinde homojen dağılım sergileyerek mekanik ve termal performanslarda iyileşme sağladığı gözlenmiştir. Ayrıca TAIC ile POSS türleri arasında sinerjik etkinin oluştuğu görülmüştür. Bu tez çalışması jel eğirme tekniğiyle üretilen polietilen elyaflara kıyasla POSS takviyeli, eriyikten çekme tekniği ile üretilmiş ve UV ile çapraz bağlanmış polietilen elyafların potansiyel bir alternatif olabileceğini göstermiştir.

Abstract:
The motivation of this thesis is to develop high performance polyethylene fibers by using melt spinning method, which is a cleaner and more environmentally friendly production method compared to gel spinning method. In line with this motivation, polyhedral oligomeric silsesquioxanes (POSS) were used in the study, which will both support the crosslinking reaction as a coagent and have the potential to nano-reinforce the polyethylene fiber produced due to its rigid lattice structure. The common feature of three different POSSs used for the first time in the literature within the scope of the study is the presence of unsaturated double bonds in their structures. In this way, they can support the radically occurring crosslinking reaction as a coagent. In addition to POSS with three different structures (octavinyl POSS (OVPOSS), acrylo POSS (ACPOSS) and methacryl POSS (MACPOSS)) as material parameters, the synergy of these POSSs with a conventional coagent, triallyl isocyanurate (TAIC), was also discussed at different composition ratios. Moreover, the type of polyethylene (high density polyethylene (HDPE) and linear low density polyethylene (LLDPE)) and some process parameters were also investigated in the thesis. For the production of fibers, melt compounding, fiber drawing and orientation followed by UV crosslinking stages were applied. The results showed that HDPE matrix was a more suitable type of polyethylene than LLDPE, based on the targeted production technique. When POSS types were compared, it has been observed that OVPOSS and ACPOSS exhibit homogeneous distribution in the matrix and improved mechanical and thermal performances. In addition, a synergistic effect was observed between TAIC and POSS types. This thesis has shown that POSS reinforced, melt spinning and UV crosslinked polyethylene fibers can be a potential alternative to polyethylene fibers produced by gel spinning.