Polietilen hibrit sistemlerin hazırlanması ve gaz geçirgenlik özelliklerinin belirlenmesi
Preparation of polyethylene hybrid systems and determination of their gas permeation properties
Yazar: GÖKSU SOYUBOL
Danışman: PROF. DR. AHMET KAŞGÖZ
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimyasal Teknolojiler Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Ambalaj endüstrisi = Packaging industry ; Ambalaj sektörü = Packaging sector ; Ambalajlama = Packaging ; Plastik film = Plastic film ; Polietilen = Polyethylene ; Polietilen filmler = Polyethylene films

Özet:
Bu çalışmada, farklı tip uyumlaştırıcılar tek başına ve ikili olarak kullanılarak farklı bileşimlerde yüksek yoğunluklu polietilen (HDPE)/kil nanokompozit filmler, çift vidalı ekstruderde eriyik harmanlama metodu ile hazırlanmış ve örneklerin mikro yapısal, termal ve gaz geçirgenlik özellikleri detaylı olarak incelenmiştir.Kil olarak ticari bir organokil olan Cloisite® 20A, uyumlaştırıcı bileşikleri olarak ise, farklı maleik anhidrit yüzdelerine sahip üç farklı maleik anhidrit aşılanmış polietilen (PE-g-MA), iki farklı tip iyonomer (PE-co-MAA Na+ ve Zn+2 tuzu) ve düşük molekül ağırlıklı okside polietilen (OxPE) kullanılmıştır.Hazırlanan örneklerin gaz geçirgenlik değerleri GDP-C gaz geçirgenlik test cihazı, mikro yapısal özellikleri X-ışını Kırınım Difraktometresi (XRD), termal özellikleri ise Diferansiyel Taramalı Kalorimetre (DSC) ve Termogravimetrik Analiz (TGA) ile incelenmiştir.Örneklerin XRD analizleri sonuçlarında çoğunun yarı eksfoliye yapı gösterdiği ve kil dispersiyonunun uyumlaştırıcı yapısına bağlı olduğu bulunmuştur. Gaz geçirgenlik sonuçlarının difüzyon modellemeleri ile kil tabakalarının dağılım oranı hesaplanmıştır. PE-g-MA 1,6 ve OxPE uyumlaştırıcı çiftleri ile hazırlanan örneklerde dağılım oranının yaklaşık 12-20 arası olduğu, PE-co-MAA Na+ ve OxPE uyumlaştırıcı çifti ile hazırlanan örneklerde ise 10-17 arasında değiştiği hesaplanmıştır. Örneklerden PE-g-MA 1,6 ve OxPE uyumlaştırıcı çifti ile hazırlanan filmin 384 cm3100?/m2.d.bar olarak ölçülen gaz geçirgenlik değeri ile en düşük geçirgenliğe sahip olduğu bulunmuştur. Çift uyumlaştırıcı içeren tüm örneklerin mikro yapısal ve gaz geçirgenlik özellikleri birlikte değerlendirildiğinde, düşük oranda uyumlaştırıcı kullanımı ile gelişmiş bariyer özelliklere sahip yarı eksfoliye yapıda nanokompozit filmler elde edildiği görülmüştür. Örneklerin DSC analizi sonuçlarına göre, farklı tipte uyumlaştırıcılar ve değişen organokil miktarı nanokompozit filmlerin termal özellikleri üzerinde belirgin farklanma meydana getirmemiştir. TGA sonuçlarına göre, iki kademeli bozunma gösteren örneklerin ısıl kararlılığının saf polimere göre daha yüksek olduğu tesbit edilmiştir.

Abstract:
In this study, high density polyethylene (HDPE)/clay nanocomposites in various compositions were prepared by melt processing method in a twin screw extruder by using different types of single and binary compatibilizers and micro-structural, thermal and gas permeation properties of the samples were examined in detail.A commercial organoclay (Cloisite® 20A) and different types of compatibilizers, maleic anhydride grafted polyethylenes (PE-g-MA) having different maleic anhydride graft ratio, ionomers (PE-co-MAA Na+ and Zn+2 salt) and a low molecular weight oxidized polyethylene (OxPE), were used.Gas permeability values of the film samples were determined by GDP-C gas permeation tester. Micro structural properties of the samples were analyzed by Wide-Angle X-Ray Diffraction (XRD). Thermal behavior of the samples were also examined by Differential Scanning Calorimetry (DSC) and Thermogravimetry (TGA) methods.It was found that, many of the samples exhibited semi exfoliated structure and clay dispersion also depended on the compatibilizer structure, based on the XRD results. Aspect ratio of clay layers were estimated by diffusion models based on the gas permeability results. It was found that, the aspect ratio value of the clay layers was about 12-20 for the sample series prepared with PE-g-MA 1,6 and OxPE used as compatibilizer and about 10-17 for the samples prepared with the PE-co-MAA Na+ and OxPE. It was found that the film sample prepared with the PE-g-MA 1,6 and OxPE as binary compatibilizer, showed the most enhanced barrier property. (384 cm3100?/m2.d.bar ) When the microstructural and gas permeation properties of all samples having binary compatibilizers were evaluted altogether, it was seen that nanocomposite films with semi exfoliated structure and reduced permeability were obtained. According to DSC results, different types of compatibilizers and variable organoclay quantitiy did not yield a significant difference on the thermal behaviours of the samples. Based on the TGA results, it was found that degradation of the samples took place in two step under oxidative conditions. Thermal stability of the samples were also found to be higher than the neat polymer.