PS/PLA esaslı biyobozunur nanokompozit sentezi ve karakterizasyonu
PS/PLA based biodegradable nanocomposite synthesis and characterization
Yazar: ŞEVVAL KONCAGÜL
Danışman: PROF. DR. AYLA ALTINTEN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Bentonit = Bentonite ; Biyobozunur polimerler = Biodegradable polymers ; Biyobozunurluk = Biodegradability ; Emülsiyon polimerleşmesi = Emulsion polimerization ; Halloysit = Halloysite ; Nanokompozitler = Nanocomposites ; Organobentonit = Organobentonite ; Organokiller = Organoclays ; Polilaktik asit = Polylactic acid ; Polistiren = Polystyrene

Özet:
Bu çalışmanın amacı;  PLA biyobozunur polimeri kullanılarak PS/PLA esaslı biyobozunur nanokompozitleri sentezlemektir. Polimerizasyon yöntemi olarak emülsiyon polimerizasyonu, nanokompozit üretim metodu olarak ise in-situ (yerinde) ve çözeltide harmanlama metodu kullanılmıştır. Nano boyutlu katkı maddeleri olan bentonit (B) ve halloysitin (HNT) yüzey modifikasyonu sırasıyla setil trimetil amonyum bromür (CTAB) ve dimetil sülfoksit (DMSO) kullanılarak yapılmıştır. Stiren monomeri ve değişik oranlarda ( kütlece % 5 ve % 10) modifiye edilmiş nano katkı maddeleri B ve HNT kullanılarak emülsiyon polimerizasyonu yöntemi, in-situ üretim metodu ile PS/HNT %5-%10, PS/B %5-%10 nanokompozitleri elde edilmiş ve nanokompozitlere PLA eklenerek PS/PLA/HNT %5-%10, PS/PLA/B %5-%10 biyobozunur nanokompozit üretimi gerçekleştirilmiştir. Çözeltide harmanlama metodunda ise emülsiyon polimerizasyonu yöntemi ile sentezlenen PS'ye çözücü ortamında PLA ve modifiye edilmiş nano katkılar ilave edilerek PS/PLA/B %5-%10, PS/PLA/HNT %5-%10 nanokompozit üretimi gerçekleştirilmiştir. Üretilen nanokompozitlerin viskozite ortalama molekül ağırlıkları ve yüzde monomer dönüşümleri hesaplanmıştır. Son aşamada nanokompozitlere ait termal özellikler Termogravimetrik analiz (TGA) ve Diferansiyel taramalı kalorimetri (DSC) ile yüzey özellikleri taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile yapısal özellikler Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FTIR) ile sertlik değerleri Shore-D analizi ile karakterize edilmiştir. Yapılan termogravimetrik analiz (TGA) ve Shore-D sertlik sonuçlarına göre nanokompozitlere HNT eklemenin termal dayanımı ve mekanik dayanımı arttırdığı görülmüştür. Üretilen nanokompozitlerin biyobozunurluk özellikleri toprağa gömme yöntemi ile test edilmiştir. Kaktüs toprağı ve humus bakımından zengin toprak olmak üzere farklı tip toprağa gömülen numunelerin biyobozunurlukları kütle kaybı olarak izlenmiş ve sonuçlar kaktüs toprağında ve in-situ üretim metodunda biyolojik bozunmanın en yüksek oranda olduğunu göstermiştir.

Abstract:
The aim of this study is to synthesize PS/PLA based biodegradable nanocomposites using PLA biodegradable polymer. Emulsion polymerization was used as the polymerization method, and in-situ and solution blending methods were used as the nanocomposite production method. The surface modifications of bentonite (B) and halloysite (HNT), which are nano-sized additives, were made using cetyl trimethyl ammonium bromide (CTAB) and dimethyl sulfoxide (DMSO), respectively. Emulsion polymerization method using styrene monomer and modified nano additives B and HNT in different ratios (5% and 10% by mass), PS/HNT 5%-10%, PS/B 5%-10% nanocomposites by in-situ production method PS/PLA/HNT 5%-10%, PS/PLA/B 5%-10% biodegradable nanocomposites were produced by adding PLA to nanocomposites. In the solution blending method, PS/PLA/B 5%-10%, PS/PLA/HNT 5%-10% nanocomposites were produced by adding PLA and modified nano additives in solvent medium to PS synthesized by emulsion polymerization method. The viscosity average molecular weights and percent monomer conversions of the produced nanocomposites were calculated. In the final stage, thermal properties of nanocomposites were characterized by Thermogravimetric analysis (TGA) and Differential scanning calorimetry (DSC), surface properties were characterized by scanning electron microscopy (SEM), structural properties were characterized by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and hardness values were characterized by Shore-D analysis. According to the results of thermogravimetric analysis (TGA) and Shore-D hardness, it was observed that adding HNT to nanocomposites increased thermal and mechanical strength. The biodegradability properties of the produced nanocomposites were tested by the burying method. The biodegradability of samples buried in different types of soil, including cactus soil and humus-rich soil, was monitored as mass loss, and the results showed that biodegradation was highest in cactus soil and in-situ production method.