PMMA/PLA esaslı biyobozunur nanokompozit sentezi ve karakterizasyonu
PMMA/PLA  based biodegradable nanocomposite synthesis and characterization
Yazar: TUBA UZUNOĞLU
Danışman: PROF. DR. AYLA ALTINTEN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Bentonit = Bentonite ; Biyobozunur polimerler = Biodegradable polymers ; Emülsiyon polimerleşmesi = Emulsion polimerization ; Halloysit = Halloysite ; Polilaktik asit = Polylactic acid ; Polimer kompozitler = Polymer composites ; Polimetilmetakrilat = Polymethyl methacrylate

Özet:
Yapılan bu çalışmada, emülsiyon polimerizasyonu yöntemiyle metilmetakrilat (MMA) monomerinden elde edilen polimetil metakrilat (PMMA) polimeri ve farklı oranlarda (kütlece %5 ve %10) inorganik katkı maddeleri (bentonit, halloysit (HNT)) kullanılarak PMMA/Bentonit ve PMMA/HNT nanokompozitleri in-situ (yerinde) ve çözeltide harmanlama yöntemleriyle sentezlenmiştir. Bentonit ve HNT deneylerde kullanılmadan önce sırasıyla setil trimetil amonyum bromür (CTAB) ve dimetil sülfoksit (DMSO) ile modifiye edilmiştir. Polimer ve nanokompozitlere ait yüzde monomer dönüşüm oranları ve viskozite ortalama molekül ağırlıkları hesaplanmıştır. Elde edilen PMMA ve PMMA/kil nanokompozitleri, polilaktik asit (PLA) ile PMMA:PLA 50:50 (kütlece) oranında karıştırılarak biyobozunur PMMA/PLA, PMMA/PLA/Bentonit ve PMMA/PLA/HNT elde edilmiştir. Son aşamada sentezlenen polimer ve nanokompozitlerin karakterizasyon analizleri yapılarak bu malzemelere ait mekanik, yüzey ve termal özellikler incelenmiştir. Ayrıca çalışmanın esas amacı olan biyobozunurluk incelemeleri için, sentezlenen numuneler iki farklı toprağa (humuslu toprak, kaktüs toprağı) gömülerek kil katkılarının ve üretim yöntemlerinin biyobozunurluk üzerinde etkileri 6 ay süre ile gözlemlenmiştir. Shore-D analizine göre nanokompozitlerin sertlik değerlerinin saf polimerden çok daha yüksek olduğu, bentonitin %10 ilave edilmesi durumunda %5'e göre mekanik dayanımı daha çok arttırdığı fakat aynı durumun HNT için geçerli olmadığı tespit edilmiştir. Polimerik nanokompozitlerin termal dayanımları ve yüzey karakterizasyonları termogravimetrik analiz (TGA), diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) analizleri ile incelenmiştir. HNT ve bentonit katkıları nanokompozitlerin termal dayanıklılıklarını ve erime noktalarını saf polimere kıyasla arttırmıştır. In-situ yöntemine kıyasla çözeltide harmanlama yöntemiyle sentezlenen nanokompozitlerin yapıda daha iyi dağılım gösterdiği ve toprakta daha hızlı bozunduğu, kaktüs toprağının humuslu toprağa göre daha iyi bir bozunma ortamı oluşturduğu ve kil katkı maddelerinden bentonitin bozunmayı hızlandırdığı gözlemlenmiştir. PMMA'ya modifiye edilmiş kil katılmasının termal ve mekanik dayanımı artırdığı, sadece in-situ yöntemiyle üretilen kütlece %10 HNT ilavesinin %5 HNT ilavesine göre termal, mekanik ve toprakta bozunma özellikleri üzerinde daha az olumlu etkilere sahip olduğu sonucuna ulaşılmıştır.

Abstract:
In this study, PMMA/Bentonite and PMMA/HNT nanocomposites were synthesized with using polymethyl methacrylate (PMMA) polymer obtained from methylmethacrylate (MMA) monomer by emulsion polymerization method and inorganic additives (bentonite, halloysite (HNT)) in different ratios (5 and 10% by mass). The nanocomposites were synthesized by in-situ and solution blending methods. Bentonite and HNT were modified with cetyl trimethyl ammonium bromide (CTAB) and dimethylsulfoxide (DMSO), respectively, before being used in the experiments. The percent monomer conversion ratios and viscosity average molecular weights of polymers and nanocomposites were calculated. Biodegradable PMMA/PLA, PMMA/PLA/Bentonite and PMMA/PLA/HNT were obtained by mixing the obtained PMMA and PMMA/clay nanocomposites with polylactic acid (PLA) at the ratio of PMMA:PLA 50:50 (by mass). At the last stage, characterization analyzes were made for the synthesized polymers and nanocomposites and the mechanical, surface and thermal properties of these materials were investigated. In addition, for biodegradability studies, which is the main purpose of the study, the synthesized samples were buried in two different soils (humus soil, cactus soil) and the effects of clay additives and production methods on biodegradability were observed for 6 months. According to Shore-D analysis, it has been determined that the hardness values of nanocomposites are much higher than that of pure polymer and adding 10% of bentonite increases the mechanical strength more than 5% of bentonite but the same effect wasn't observed for HNT. The thermal strength and surface characterization of polymeric nanocomposites were investigated by thermogravimetric analysis (TGA), differential scanning calorimetry (DSC) and scanning electron microscopy (SEM) analysis. HNT and bentonite additives increased the thermal durability and melting points of the nanocomposites compared to the pure polymer. Compared to the in-situ method, it was observed that the nanocomposites synthesized by the solution blending method showed better distribution in the structure and degraded faster in the soil, the cactus soil created a better degradation ambient than the humus soil and bentonite which is one of the clay additives accelerated the degradation. It was concluded that the addition of modified clay to PMMA increases the thermal and mechanical strength, only the addition of 10% HNT by mass produced in-situ method has less positive effects on the thermal, mechanical and soil degradation properties compared to the 5% HNT addition.