Polilaktik asit/ poli (stiren-ko-metil metakrilat)/ kil nanokompozit sentezi ve karakterizasyonu
Polylactic acid/ poly (styrene-co-methyl methacrylate)/clay nanocomposite synthesis and characterization
Yazar: DİLAN İSKENDER
Danışman: PROF. DR. AYLA ALTINTEN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Son yıllarda çevre kirliliğinin hızlı artış göstermesiyle biyobozunur polimerlerin önemi; doğa dostu 
olması, yenilenebilir kaynaklardan elde edilmesi ve enerji verimliliği gibi birçok avantaja sahip 
olması sebebiyle artmıştır. Yapılan bu çalışmada Poli(stiren-ko-metil metakrilat) (P(St-ko-MMA))'ya biyobozunur özellik katmak için Polilaktik asit (PLA), nano takviye malzemesi olarak halloysit nanotüp (HNT) ve bentonit kullanılmıştır. Deneysel çalışma; ön hazırlık, nanokompozit sentezi ve karakterizasyon olmak üzere üç aşamada gerçekleştirilmiştir. Ön hazırlık aşamasında takviye malzemesi olarak kullanılan HNT ve bentonit tabakalar arasını açmak ve organik çözücü içerisindeki dağılımın iyileştirilmesi için HNT dimetil sülfoksit (DMSO) ile bentonit ise setil trimetil amonyum bromür (CTAB) ile modifiye edilmiştir. İkinci aşamada stiren ve metil metakrilat 
monomerleri, başlatıcı olarak potasyum persülfat (KPS), emülsiyon yapıcı olarak sodyum dodesil 
sülfat (SDS) kullanılarak emülsiyon polimerizasyonu ile P(St-ko-MMA) kopolimeri, PLA/P(St-koMMA)/HNT ve PLA/P(St-ko-MMA)/Bentonit nanokompozitleri ise in-situ ve çözelti harmanlama 
yöntemleri ile kütlece 30:70 ve 50:50 oranlarında PLA/P(St-ko-MMA) ve kütlece %5 ve %10
oranlarında takviye edici malzeme kullanılarak sentezlenmiştir. Son olarak üçüncü aşamada ise 
üretilen kopolimer ve nanokompozitlerin yapı analizi Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi 
(FTIR), yapısal özellikleri Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), termal özellikleri 
Termogravimetrik Analiz (TGA) ve mekanik özellikleri Shore D ile gözlemlenmiştir. Ayrıca 
sentezlenen kopolimer ve in situ yöntemi ile üretilen nanokompozitlerin % monomer dönüşümü ve
viskozite ortalama molekül ağırlıkları belirlenmiştir. PLA'nın nanokompozitler üzerindeki
biyobozunurluk etkisini görebilmek için ise oluşturulan plakalar humuslu ve kaktüs toprağına 
gömülmüş ve belirli sürelerde ölçüm alınarak kütle kaybı takip edilmiştir. Karakterizasyon 
sonuçlarından HNT ve bentonit katkılı nanokompozitlerde katkı malzemesinin artışı nanokompozitin 
termal ve mekanik dayanımı arttırdığı ancak nanokompozitlere katılan PLA'nın termal ve mekanik 
dayanımı negatif yönde etkilediği gözlemlenmiştir. Ayrıca PLA'nın nanokompozitlere biyobozunur 
özellik katarak doğada bozunmaya yardımcı olduğu ve yapıya katılan HNT ve bentonitin su tutma 
özelliğinden dolayı malzemenin su tutma özelliğini arttırarak biyobozunmayı hızlandırdığı sonucuna 
ulaşılmıştır. In-situ yöntemi ile üretilen nanokompozitlerin mekanik dayanım konusunda çözelti 
harmanlama ile elde edilenlere kıyasla daha iyi özellikler sergilediği fakat termal dayanım konusunda kullanılan nanokompozit sentez yöntemlerinin birbirine üstünlüğü olmadığı görülmüştür.

Abstract:
With the rapid increase in environmental pollution in recent years, the importance of biodegradable 
polymers; It has increased due to the fact that it is environmentally friendly, obtained from renewable sources and has many advantages such as energy efficiency. In this study, Polylactic acid (PLA) was used to add biodegradable properties to Poly(styrene-co-methyl methacrylate) (P(St-co-MMA)), halloysite nanotube (HNT) and bentonite were used as nano reinforcement materials. Experimental study; It was carried out in three stages as preliminary preparation, nanocomposite synthesis and characterization. HNT and bentonite were used as reinforcement material in the preliminary preparation stage. Dimethyl sulfoxide (DMSO) and HNT, cetyl trimethyl ammonium bromide 
(CTAB) and bentonite were modified to open the layers and improve the dispersion in the organic 
solvent. In the second stage nanocomposite synthesis, P(St-co-MMA) copolymer was synthesized 
by emulsion polymerization using styrene and methyl methacrylate monomers, potassium persulfate 
(KPS) as initiator and sodium dodecyl sulfate (SDS) as emulsifier. Also PLA/P(St-co-MMA)/HNT 
and PLA/P(St-ko-MMA)/Bentonite nanocomposites by in-situ and solution blending methods, using 
PLA/P(St-co-MMA) at 30:70 and 50:50 rations by mass and reinforcing materials at 5% and 10%
rations by mass were synthesized. In the third stage, the structural analysis of the copolymers and 
nanocomposites was observed by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), their structural 
properties were observed by Scanning Electron Microscopy (SEM), thermal properties were 
observed by Thermogravimetric Analysis (TGA) and mechanical properties were observed by Shore 
D. Also, the % monomer conversion and viscosity average molecular weights of the synthesized 
copolymer and nanocomposites were determined. In order to see the biodegradability effect of PLA 
on nanocomposites, the formed plates were buried in humus and cactus soil and mass loss was 
followed.PLA has a negative effect on thermal and mechanical strength and a positive effect on 
degradation. From the characterization results, it was observed that the increase of the additive 
material in HNT and bentonite added nanocomposites increased the thermal and mechanical strength 
of the nanocomposite, but the PLA added to the nanocomposites negatively affected the thermal and 
mechanical strength. Also PLA added biodegradable properties to nanocomposites, helping them to 
decompose in nature, and the water retention feature of HNT and bentonite added to the structure 
accelerated biodegradation. It has been observed that nanocomposites produced by in-situ method 
exhibit better properties in terms of mechanical strength than those obtained by solution blending but nanocomposite synthesis methods used in thermal resistance are not superior to each other.