Kişisel hijyen sektörü için poliolefin temelli, süper emici ve kompozit yapılı köpükler: İşlenmesi ve karakterizasyonu
Polyolefin-based, superabsorbent and composite structured foams for the personal hygiene sector: Processing and characterization
Yazar: GİZEM URTEKİN
Danışman: PROF. DR. GÜRALP ÖZKOÇ
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Kompozit polimerler = Composite polymers

Özet:
Termoplastik köpük malzemeler, düşük yoğunlukları nedeniyle hafif malzemelerdir ve uygun mukavemet/ağırlık oranına sahiptirler. Bu grubun en iyi bilineni, otomotiv ve inşaat sektörlerinde yaygın olarak kullanılan hücresel poliolefinlerdir. Poliolefin ailesinin yeni üyesi olan olefin blok kopolimerler (OBC), yüksek aşınma direncinin yanında gelişmiş esneklik ve ısı direnci dengesi sergilerler. Poliolefinler, yüksek mekanik performans ve ısıl kararlılık gibi birçok avantajlı özellik sergilemelerine rağmen, farklı sektörlerde kullanılmak üzere özellikleri modifiye edilmektedir. Örneğin, kendi kendini iyileştirme/kendinden sızdırmazlık işlevi sağlayabilmeleri için poliolefinler süper emici polimer (SAP)'ler ile harmanlanmaktadır. Hidrofilik uçlara sahip, karbon zincirlerinin organik gruplarından oluşan üç boyutlu çapraz bağlı ağ yapıya sahip olan özel bir hidrojel sınıfında yer alan SAP malzemeleri, suda veya sulu çözeltilerde şişme ve çözünmeden yapılarında suyu tutma yeteneğine sahiptirler. Hidrofilik karakterdeki SAP'ler ile bir arada kullanıldıklarında dahi, poliolefinlerin hidrofobik yapısı tam anlamıyla değiştirilememektedir. Bu gibi dezavantaj oluşturan özellikleri ortadan kaldırmak için, bu tez çalışması kapsamında literatürde ilk defa OBC/SAP harmanlarına yüzey aktif madde (sodyum lauril sülfat, SLS) ve/veya poli(etilen glikol) (PEG) gibi polarlığı yüksek bir malzeme ilave edilmiştir. Ayrıca, hafif malzemeler elde etmek üzere azodikarbonamid (ACA) kimyasal köpürtücü ajanı kullanılarak köpük malzemeler üretilmiştir. Örneklerin karıştırılması çift vidalı, laboratuvar ölçekli bir mikro-harmanlayıcıda gerçekleştirilmiştir. Köpürtme işlemi yüksek sıcaklıkta sıcak pres kullanılarak yapılmıştır. OBC, SAP, SLS ve ACA miktarı ve aynı zamanda PEG türü ve konsantrasyonu çalışma kapsamında değişken olarak ele alınmıştır. Elde edilen örnekler; yoğunluk, reolojik, mekanik, kalıcı deformasyon, ısıl, emme davranışı ve morfolojik özellikler gibi birçok yönden karakterize edilmiş ve yapı-özellik bakımından performans özellikleri ele alınmıştır. Üretilen örneklerin hijyen malzemelerinde kullanılabilirliği araştırılmıştır.

Abstract:
Thermoplastic foam materials are lightweight materials due to their low density and have a suitable strength/weight ratio. The best known of this group are cellular polyolefins, which are widely used in the automotive and construction industries. Olefin block copolymers (OBC), a new member of the polyolefin family, exhibit a balance of improved flexibility and heat resistance as well as high wear resistance. Although polyolefins exhibit many advantageous properties, such as high mechanical performance and thermal stability, their properties are modified to be used in different sectors. For example, polyolefins are compounded with superabsorbent polymers (SAPs) to provide a self-healing/self-sealing properties. SAP materials, which are in a special class of hydrogels with a three-dimensional cross-linked network structure consisting of hydrophilic groups and organic groups of carbon chains, have the ability to retain water in their structures without swelling and dissolving in water or aqueous solutions. The hydrophobic structure of polyolefins cannot be completely changed when compounded with hydrophilic SAP materials. In order to eliminate such disadvantageous features, a highly polar materials, such as surfactant (sodium lauryl sulfate, SLS) and/or poly(ethylene glycol) (PEG) was added to OBC/SAP blends for the first time in the literature within the scope of this thesis. Additionally, foam materials have been produced using an azodicarbonamide (ACA) chemical foaming agent to obtain lightweight materials. Compounding of samples was carried out in a twin-screw, laboratory-scale micro-compounder.  
A hot press was used for the foaming process at high temperatures. The amount of OBC, SAP, SLS, and ACA as well as the type and concentration of PEG were considered as variables within the scope of the study. Obtained examples were characterized in many aspects, such as density, rheological, mechanical, compression set, thermal, absorption behavior, and morphological properties, and their performance properties have been discussed in terms of structure-relationship properties. The usability of the produced samples in hygiene materials was investigated.