Doğal kauçuk formülasyonlarında farklı çaprazbağ yoğunluğu belirleme yöntemlerinin uygulanması
Application of different crossink density methods in natural rubber formulations
Yazar: İPEK ŞAHİN
Danışman: DOÇ. DR. HALİT LEVENT HOŞGÜN
Bursa Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Doğal kauçuk = Natural rubber

Özet:
Bu çalışma, kükürt miktarının çapraz bağ yoğunluğu üzerindeki etkisini, çapraz bağ yoğunluğu ölçümü için kullanılan yöntemler ve temel prensipleri, yeni bir çapraz bağ yoğunluğu ölçüm yönteminin geliştirilmesini incelemektedir. Kauçuk esaslı malzemelerin çapraz bağ yoğunluğu ile mekanik, dinamik ve termal özellikleri arasındaki ilişki literatür araştırmalarında ele alınmıştır.
Çalışma kapsamında, farklı kükürt oranlarına sahip üç farklı doğal kauçuk reçetesi hazırlanmıştır. Bu reçeteler farklı pişirme sürelerinde (t20,t40,t60,t80,t99) vulkanize edilmiştir. Bu numunelerin hazırlanma amacı farklı sürelerde vulkanize olan kauçuk numunelerin çaprazbağ yoğunluklarının hesaplanması sonucunda % pişme oranları ile ilişki kurabilmektir. Üç farklı reçete için hazırlanan numunelerin mutlak çapraz bağ yoğunluğu değerlerini belirlemek için şişme deneyleri yapılmıştır. Şişme deneyleri ile elde edilen veriler kapsamında Flory-Rehner denklemi kullanılarak hesaplamalar yapılmıştır. Aynı örneklere, DSC cihazı kullanılarak 0-270°C aralığında kalorimetre taraması yapılmış ve her bir örnek için reaksiyon entalpisi ölçülmüştür. Ölçülen entalpi değerleri ile % pişme grafikleri çizilmiştir. Üçüncü yöntem olarak tüm numunelere FTIR spektrum ölçümleri yapılmıştır.
Hesaplanan reaksiyon entalpisi (J/g) değerleri ve FTIR ölçüm verileri, % pişirme oranları ile birlikte değerlendirilmiştir. DSC ve FTIR yöntemleri ile elde edilen veriler, şişme deneyleri ile elde edilen mutlak çapraz bağ yoğunluğu verileriyle karşılaştırılarak yöntemlerin tutarlılığı ve kullanılabilirliği değerlendirilmiştir.
DSC yöntemi ile elde edilen entalpi değerleri ile şişme yöntemi ile elde edilen çaprabağ yoğunluk değerlerinin ters orantılı bir ilişki olduğu görülmüştür. FTIR yönteminde elde edilen spektrumlar değerlendirildiğinde her numune için elde oluşan pikleri aynı frekansta olduğu ve aralarında belirgin bir fark olmadığı tespit edilmiştir. Farklı sürelerde vulkanize edilen numuneler için FTIR yönteminin ayırt edici bir metot olmadığı görülmüştür. Tüm veriler birlikte değerlendirildiğinde DSC ve FTIR yöntemleri ile yapılan çapraz bağ yoğunluğu ölçümlerinin sapmalara açık olduğu görülmüştür.
Bu çalışma, kauçuk esaslı malzemelerin çapraz bağ yoğunluğu ölçümünde kullanılan yöntemlerin doğruluğu ve güvenilirliği hakkında önemli bilgiler sağlamaktadır. Ayrıca, yeni bir çapraz bağ yoğunluğu ölçüm yönteminin geliştirilmesi için ileride devam edecek çalışmalar için ışık tutmaktadır.

Abstract:
This study examines the effect of sulfur content on crosslink density, the methods and basic principles used for crosslink density measurement, and the development of a new crosslink density measurement method. The relationship between the crosslink density of rubber-based materials and their mechanical, dynamic and thermal properties has been discussed in literature research.
Within the scope of the study, three different natural rubber recipes with different sulfur ratios were prepared. These recipes were vulcanized at different curing times (t20, t40, t60, t80, t99). Swelling tests were carried out to determine the absolute crosslink density values of the samples prepared for three different recipes. Calculations were made using the Flory Rehner equation within the scope of the data obtained by swelling experiments. The same samples were scanned by calorimetry between 0-270°C using DSC device and the reaction enthalpy was measured for each sample. The measured enthalpy values and % curing degrees were plotted. As the third method, FTIR spectrum measurements were made on all samples.
Calculated reaction enthalpy (J/g) values and FTIR measurement data were evaluated together with % curing degrees. The consistency and usability of the methods were evaluated by comparing the data obtained by DSC and FTIR methods with the absolute crosslink density data obtained by swelling experiments.
It has been seen that there is an inverse proportional relationship between the enthalpy values obtained by the DSC method and the crosslink density values obtained by the swelling method. When the spectrums obtained in the FTIR method were evaluated, it was determined that the peaks formed for each sample were at the same frequency and there was no significant difference between them. It has been observed that the FTIR method is not a distinctive method for the samples cured at different times. When all the data were evaluated together, it was seen that the crosslink density measurements made by DSC and FTIR methods were open to deviations.
This study provides important information about the accuracy and reliability of the methods used to measure the crosslink density of rubber-based materials. It also sheds light on future studies for the development of a new crosslink density measurement method.