Doğal ve stiren bütadien kauçuklarda grafen etkisinin incelenmesi
Investigation of graphene effect on natural rubber and styrene butadiene rubbers
Yazar: TUBA NUR ARABACI ÇETİN
Danışman: PROF. DR. SELİM CEYLAN
Ondokuz Mayıs Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Doğal kauçuk = Natural rubber ; Elastomerler = Elastomers ; Grafen = Graphene ; Kauçuk = Rubber ; Stiren bütadien kopolimer = Styrene butadiene copolymer

Özet:
Elastomer yapılı malzemelerin sertlik ve dayanım gibi özelliklerinin iyileştirilmesinde genellikle mineral dolgular kullanılır. Bu özelliklerin geliştirilmesi, kullanılan malzemelerin parçacık boyutu, dağılım oranları, kauçuk zincirlere yapışma derecesi gibi çeşitli parametrelere bağlıdır. Nano ölçekli dolgu maddelerinin kullanımı, küçük tanecik boyutuna karşılık yüksek yüzey alanına sahip olmaları ve düşük dolgu miktarlarıyla gerekli mekanik özelliklerin sağlanması sebebiyle ilgi görmektedir. Grafen, üstün fiziksel özellikler sunan yapısıyla, kompozit malzemelerin mekanik, termal ve elektriksel özelliklerini geliştirmek için iyi bir nano dolgu malzemesi olabilmektedir.
Bu çalışmada farklı miktarlarda grafen katkısının, stiren bütadien kauçuk (SBR) ve SBR'nin doğal kauçuk (NR) ile hazırlanan karışımlarında kullanılmasının reolojik, mekanik ve termomekanik özelliklere olan etkisi incelenmiştir. SBR, SBR/NR olarak belirlenen kauçuk gruplarında kullanılan vulkanizasyon kimyasalları, hızlandırıcılar gibi malzemeler sabit tutularak, yalnızca grafen miktarları değiştirilerek RPA cihazı ile vulkanizasyon karakteristikleri belirlenmiştir. Çekme testi, aşınma testi, DMA ve TGA, FTIR, SEM analizleri yapılmıştır.
Grafen yüklemesi 1, 3 ve 5 phr şeklinde arttıkça, SBR GE karışımı için kopma mukavemeti değerleri sırasıyla %7,69 %34,65 %73,08 şeklinde ve kopma uzaması değerleri ise %48,03 %65,79 %71,71 şeklinde hesaplanmıştır. Aynı phr artışlarında SBR/NR karışımları için kopma mukavemetlerindeki yüzdeler %46,67 %50 ve %53,33 ve kopma uzamalarındaki değerler %6,29 %21,56 ve %30,24 şeklindedir. DMA sonuçlarına bakıldığında rijitlik değerleri 5 phr grafen içeren SBR ve SBR/NR karışımları için sırasıyla %30,21 ve %33,65 olarak yükselmiştir. Grafen miktarı arttıkça, aşınma direnci de artmıştır. TGA analizlerinde grafen miktarının artışı termal bozunma sıcaklığını artırmış ve termal dayanımı iyileştirmiştir. FTIR analizlerinde grafen yapısının SBR ve SBR/NR piklerini örttüğü ve piklerin şiddetinin azaldığı gözlemlenmiştir.

Abstract:
Mineral fillers are generally used to improve the properties of elastomer materials such as hardness and strength. The development of these properties depends on various parameters such as the particle size of the materials used, the dispersion ratios, the degree of adhesion to the rubber chains. The use of nano-scale fillers is of interest because they have high surface area despite small particle size and provide the necessary mechanical properties with low filler amounts. Graphene, with its superior physical properties, can be a good nanofilling material to improve the mechanical, thermal and electrical properties of composite materials.
In this study, the effect of using different amounts of graphene additives in styrene butadiene rubber (SBR) and SBR mixtures prepared with natural rubber (NR) on rheological, mechanical and thermomechanical properties was investigated. The vulcanization characteristics of the rubber groups determined as SBR, SBR/NR were determined with the RPA device by keeping the materials such as vulcanization chemicals and accelerators constant, only the amount of graphene was changed. Tensile test, abrasion test, DMA and TGA, FTIR, SEM analyzes were performed.
As the graphene loading increases as 1, 3 and 5 phr, the breaking strength values for the SBR GE mixture are 7,69% 34,65% 73,08% and the elongation at break values are 48,03% 65,79% 71,71%, respectively. calculated. At the same phr increments, for SBR/NR mixtures, the percentages in breaking strength are 46,67%, 50% and 53,33%, and the values in elongation at break are 6,29% 21,56% and 30,24%. Considering the DMA results, the stiffness values increased as 30,21% and 33,65%, respectively, for SBR and SBR/NR mixtures containing 5 phr graphene. As the amount of graphene increased, the wear resistance also increased. The increase in the amount of graphene in TGA analysis increased the thermal decomposition temperature and improved the thermal strength. In FTIR analysis, it was observed that the graphene structure covered the SBR and SBR/NR peaks and the intensity of the peaks decreased.