Silikon kauçuk/POSS nanokompozitlerinin çapraz bağlanma kinetiğinin çeşitli modellerle incelenmesi
Investigation of crosslinking kinetics of silicone rubber/POSS nanocomposites through different models
Yazar: İLHAN KARAAĞAÇ
Danışman: DOÇ. DR. GÜRALP ÖZKOÇ
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Bu çalışmanın amacı, silikon kauçuk/polihedral oligomerik silsekuioksan (POSS) nanokompozitlerinin çapraz bağlanma kinetiğinin lineer ve lineer olmayan fenomenolojik modeller uyarınca incelenmesi, literatürde kükürtlü vulkanizasyon sistemi için tanımlanan modellerin, silikonun peroksit vulkanizasyonu kinetiğini tanımlamadaki başarısının incelenmesidir. Silikon kauçuğun, içinde kullanıldığı turbo motor hortumu gibi kompozit malzemelerde takviye edici liflerle uyumunun ve yapışmasının iyileştirilmesi hedeflenir. Bu amaçla, çapraz bağlanma sırasında ağ yapısına doğrudan katılabilecek veya üzerinde bulunan polar ve/veya reaktif gruplar sayesinde takviye edici elyafların başlıcalarıyla (Kevlar ve Rayon) fiziksel veya kimyasal etkileşimde bulunabilecek yapıdaki POSS'ların kullanılması mümkündür. Bu çalışmada, seçilen temel bir silikon kauçuk formülasyonuna oktavinil-POSS (O-POSS), metakril-POSS (M-POSS) ve oktamaleamik asit-POSS (OM-POSS) eklenerek, POSS varlığı, türü ve miktarının kompozitlerin vulkanizasyon kinetiğine etkisi incelenmiştir. Bu amaçla, seçilen POSS oranları ile on üç farklı formülasyon, dahili karıştırıcı(banbury) kullanılarak hazırlanmıştır. Hareketli kalıp reometresinde (MDR) farklı sıcaklıklarda reometre eğrileri elde edilmiş ve eğrilerden yararlanılarak zamana bağlı reaksiyon ilerleme dereceleri belirlenmiştir. Reaksiyon verileri literatürde yaygın olarak kullanılan birinci derece, t25-t45 ve Isayev ve Deng kinetik modellerine göre değerlendirilmiştir. Birinci derece ve t25-t45 lineer modellerinin Silikon/POSS nanokompozitlerinin vulkanizasyon kinetiğini açıklamada yetersiz kaldığı, hem elde edilen kinetik parametrelerin matematiksel olarak anlamsızlığı, hem de doğrudan ölçülen reolojik özellikler ile uyum göstermemesine dayandırılarak ispatlanmıştır. Isayev ve Deng modeli, Silikon/POSS nanokompozitlerinin vulkanizasyon kinetiğini modellemede başarılı bir şekilde kullanılabilmiştir. Bu model uyarınca elde edilen kinetik parametrelerin, nanokompozitlerin reolojik özellikleri ile uyumlu olduğu, bununla birlikte POSS türü ve miktarına bağlı olarak reaksiyon mekanizmasında gerçekleşen değişimler hakkında önemli bilgiler verdiği görülmüştür.

Abstract:
This study focus on investigating crosslnking kinetics of silicone rubber/poly oligomeric silsesquioksanes(POSS) nanocomposites by using linear and nonlinear phenomenoological models and also evaluating performance of these models on peroxide vulcanization system of silicone rubber. Silicon rubber is expected to be compatible with reinforcing fibers and to adhere them completely, in case it is used in composite materials such as turbo hoses. POSSs can be used for improving adhesion between silicon rubber and common reinforcing fibers (Kevlar and Rayon) by means of polar and/or reactive groups which are able to join the chemical structure during vulcanization. In this study, octavinyl-POSS (O-POSS), metacryl-POSS (M-POSS), and octamaleamic acid-POSS (OM-POSS) are incorporated to a reference silicon rubber compound in various ratios. Effects of POSS type and ratio on the vulcanization kinetics of the nanocomposites are studied. Thirteen different rubber compounds are prepared considering selected POSS ratios. Isothermal cure curves are obtained for various vulcanization temperatures by using a moving die rheometer (MDR). State of cure versus vulcanization time data was calculated from the cure curves. Data is evaluated in terms of common vulcanization kinetic models which are called first order, t25-t45, and Isayev and Deng models. It is revealed that first order and t25-t45 vulcanization kinetic models are not able to well describe peroxide vulcanization of silicone rubber/POSS nanocomposites, considering mathematically insufficient kinetic parameters and also contradiction between kinetic parameters and measured rheological properties. Isayev and Deng model can be used for the nanocomposites, successfully; kinetic parameters are found to be well related to proposed reaction mechanisms and rheological variations due to POSS incorporation.