Farklı nano katkıların ve kabaran alev geciktiricili sistemin plastikleştirilmiş poli(laktik asit)'in özellikleri üzerine etkisinin incelenmesi
Investigation of the different nanoparticles and intumescent flame retardant system effects on the properties of plasticized poly(lactic acid)
Yazar: MERAL ÇOBAN
Danışman: DOÇ. DR. AYŞE AYTAÇ
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Bu tez çalışmasının ilk bölümünde,  trifenil fosfat (TPP) ile yanmazlık özelliği geliştirilmiş ve plastikleştirilmiş poli(laktik asit)'in (PLA) özellikleri üzerine farklı nano katkılarının etkisi incelenmiştir. Bunun için öncelikle plastikleştirilmiş PLA/TPP kompoziti üretilmiş ve kontrol numunesi olarak kullanılmıştır. Bu kompozite üç farklı oranda nanokil (NK), karbon nanotüp (Carbon nanotube-CNT) ve amino propil izobütil poli(hedral oligomerik silseskuokzan) (A-POSS), alev geciktirici TPP miktarı azaltılarak eklenmiştir. Çalışmanın ikinci bölümünde, ilk bölümde kullanılan nano katkılardan en iyi özellik gösteren nanokil seçilerek plastikleştirilmiş ve TPP ile alev geciktiriciliği geliştirilmiş PLA'nın mekanik, ısıl ve yanmazlık özellikleri üzerine, karbonlaştırıcı ajanın yükleme miktarının etkisi incelenmiştir. Örnekler, laboratuvar ölçekli ekstruderde eriyikten karıştırma ve enjeksiyon kalıplama yöntemleri ile hazırlanmıştır. Elde edilen örneklerin ısıl, mekanik, yanmazlık ve morfolojik özellikleri incelenmiştir. Termogravimetrik analiz (TGA) sonuçlarına göre tüm nanokompozitlerin bozunma sıcaklıklarının üretim sıcaklığından yüksek olduğu ve üretim sırasında bozulmadıkları görülmüştür. Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) analizine göre, TPP, NK ve CNT içerikli kompozitlerde homojen bir dağılım gözlenmiştir. PLA/PEG/TPP/PER bileşimindeki örneğin, artan yükleme oranlarında kil ilavesi ile yapıda boşlukların arttığı görülmüştür. Geçirimli Elektron Mikroskopisi (TEM) analizi, TPP, NK ve CNT içerikli kompozitlerde homojen bir dağılım olduğu sonucunu desteklerken,  A-POSS içerikli nanokompozitte nanoboyutta agregalar gözlenmiştir. Yapılan sınırlayıcı oksijen indeksi (LOI ) testi sonuçlarına göre, tüm kompozitler arasında %1 NK içeren örnek 33,4 değeri ile en iyi LOI değerini vermiştir. Kabaran alev geciktiricili sistem kullanıldığında ise PER içeren yine aynı nanokil bileşimdeki kompozit en yüksek LOI değerini vermiştir. PLA/PEG/TPP bileşimine PER'in eklenmesi ile çekme dayanımı değerinin düştüğü gözlenmiştir. En yüksek çekme mukavemeti PLA/PEG/TPP/4PER/3NK örnek bileşiminden elde edilmiştir. Tüm nanokompozitler arasında en yüksek uzamayı PLA/PEG/TPP/%1A-POSS içerikli örnek vermiştir.

Abstract:
In the first part of thesis study, the effect of different nano additives on the properties of plasticized and gained flammability properties with triphenyl phosphate (TPP) of poly (lactic acid) (PLA) has been investigated. Firstly, plasticized PLA/TPP composite was prepared and it was used as a control sample. After that, different amounts of carbon nanotubes (CNT), nanoclays (NC) and aminopropyl isobutyl poly(hedral oligomeric silsesquioxane) (A-POSS) particles were added to this composite due to the decreasing TPP amount. In the second part of the study, loading level of the carbonizing agent of the mechanical, thermal and flammability properties of platicized and flame retarded PLA. For this purpose, the nanocomposite including nanoclay obtained the best characteristics in the first section was selected. Nanocomposites were prepared by using a laboratory scale extruder and injection molding equipment. The characteristic properties of the PLA based composites were determined by using mechanical, thermal, and morphological and flammability tests. According to Thermogravimetric Analysis (TGA), the decomposition temperature of all prepared composites is higher than the processing temperature. Therefore, it is approved that these nanocomposites don't decompose during the processing temperature.  Scanning Electron Microscope (SEM) analysis of the nanocomposites exhibited the more homogeneous filler distribution in the matrix was observed for TPP, NC and CNT containing nanocomposites. In the example of the PLA/PEG/TPP/PER composition, it was observed that the voids were increased by the addition of clay at increasing loading amounts. Transmission Electron Microscope (TEM) analysis supported to this results for the TPP, NK and CNT composites.  Besides, nano scale aggregation is observed for the A-POSS containing nanocomposites in the TEM micrograph. The highest LOI value was observed as 33.4 for samples that included 1 wt. % nanoclay.  When using the intumescent flame retardant system, the composite in the same nanoclay composition containing the PER have given the highest LOI value. The tensile strength value decreased with the addition of PER to the PLA/PEG/TPP sample. The highest tensile strength was obtained from PLA/PEG/TPP/4PER/3NC nanocomposite. Among all nanocomposites that the composite which is containing 1 wt. % A-POSS were showed the highest elongation at break value.