Poli(bütilen süksinat) nanokompozitlerinin kristalizasyon kinetiğinin incelenmesi
Investigation of crystallization kinetics of poly(butylene succinate) nanocomposites
Yazar: SELEN FİLİZGÖK
Danışman: DOÇ. DR. GÜRALP ÖZKOÇ
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Kristalleşme = Crystallization ; Nanokompozitler = Nanocomposites ; Nanopartiküller = Nanoparticles

Özet:
Bu çalışmanın amacı, karbon nanotüp (CNT), karbon karası (CB) ve fulleren (F) gibi karbon esaslı nano dolguların poli(bütilen süksinat)'ın izotermal olmayan kristalizasyon kinetiği üzerindeki etkilerini araştırmaktır. Çalışmada nano dolguların özellikle parçacık geometrisine odaklanılmıştır. Nano dolgu içeriği ağırlıkça % 0,25 - % 2,0 arasında değişmektedir. Nanokompozitler çift burgulu bir laboratuvar ekstrüderinde hazırlanmıştır. Sferülitik morfoloji ve kristal büyümesi ısıtma tablalı polarize optik mikroskop (POM) ile gözlemlenmiştir. Nanokompozitlerin yapısı nanometre ölçeğinde geçirimli elektron mikroskobu (TEM) kullanılarak karakterize edilmiştir. Nano dolguların, PBS nanokompozitlerin mekanik özellikleri üzerindeki etkisi dinamik mekanik analiz (DMA) kullanılarak belirlenmiştir. Ayrıca saf PBS ve PBS nanokompozitlerin reolojik özellikleri de araştırılmıştır. İzotermal olmayan kristalizasyon kinetiği incelemesi, dört farklı soğutma hızında (5, 15, 25 ve 50°C/dakika) diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Geniş bir soğutma hızı aralığında elde edilen eriyik kristalizasyon verilerinin analizi, Avrami, Ozawa ve birleştirilmiş Avrami-Ozawa modelleri ile gerçekleştirilmiştir.  Birleştirilmiş Avrami-Ozawa yöntemi ile, saf PBS ve PBS nanokompozitlerin izotermal olmayan kristalizasyonunun birinci aşaması yeterince tanımlanabilmektedir. CNT parçacıkları içeren nanokompozitlerin, fulleren ve karbon karası içerenler ile karşılaştırıldığında en yüksek çekirdeklenme yeteneğini sergilediği görülmüştür. Ancak, CNT baskın bir heterojen çekirdeklenme verimi sergilemesine rağmen, kristalizasyon hızındaki performansı çelişkilidir. Bu ilginç durum, kristalizasyon esnasında CNT parçacıklarının engelleme etkisinin çekirdeklenme etkisinden daha güçlü olduğunu göstermektedir.  Nano dolguların en yüksekten en düşüğe çekirdeklenme aktivitesi sıralaması şu şekildedir: CNT>F>CB.

Abstract:
The aim of this study is to investigate the influence of type of carbon-based nanofillers such as carbon nanotubes (CNT), carbonblack (CB) and fullerene (F) on the non-isothermal crystallization kinetics of poly(butylene succinate). The particle geometry of the nanofillers was focused. The nanofiller content was varied 0.25-2 % by weight. The nanocomposites were processed in a laboratory twin screw compounder. The spherulitic morphology and crystal-growth were observed with a hot stage polarized optical microscopy (POM). The structure of nanocomposites in the  nanometer scale was characterized using transmission electron microscopy (TEM). The influence of nanofillers on the mechanical properties of PBS nanocomposites was measured by using dynamical mechanical analysis (DMA). Also, rheological properties of neat PBS and its nanocomposites are investigated. The investigation of non-isothermal crystallization kinetics was performed by using differential scanning calorimetry (DSC) at four different cooling rates (5, 15, 25, and 50 °C/min). Analysis of melt crystallization data obtained was performed at a wide range of cooling rates with Avrami, Ozawa and the combined Avrami–Ozawa models. The combined Avrami–Ozawa method could adequately describe the primary stage of non-isothermal crystallization of the neat PBS and PBS nanocomposites. It was shown that nanocomposites including CNT particles represented the highest nucleation ability in comparison to fullerene and carbon-black. Conversely, despite the fact that CNT exhibited a dominant heterogeneous nucleating efficiency, its performance in crystallization rate was contradicted. This interesting phenomenon indicated that the impeding effect of CNT particles during crystallization was stronger than its nucleation efficiency. The order of nucleation activity of each nanofiller from the highest to the lowest was as CNT>F>CB.