Nanopartikül takviyeli geri dönüşüm PET (rPET) polimeri esaslı cips ve lif formuna sahip nanokompozit üretimi ve karakterizasyonu
Production of nanocomposites with the form of chips and fiber from nanoparticle-reinforced recycling PET (rPET) polymers and analysis of their properties
Yazar: HANDAN KILIÇ
Danışman: YRD. DOÇ. DR. DEMET YILMAZ
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Tekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Tekstil ve Tekstil Mühendisliği = Textile and Textile Engineering

Özet:
Günümüzde alışılagelmiş metal ve metal alaşımlarının yerini işleme kolaylığı, ekonomiklik, hafiflik, ısıl kararlılık gibi üstün mekanik, elektriksel, ısıl özellikler sunan kompozit malzemeler almaya başlamıştır. Bunun doğal bir sonucu olarak, kompozit malzemelerin endüstrideki önemi giderek artmakta ve istenen özelliklere sahip farklı matris ve takviye elemanları içeren kompozitler geliştirilmektedir. Polimerik nanokompozit malzemeler ise en son geliştirilen kompozit malzemeler grubunu oluşturmaktadır. Nano boyutta takviye taneciklerine sahip bu tür kompozitlerin geliştirilmesi, üretimi ve farklı alanlarda uygulanması son zamanlarda oldukça önemli bir çalışma alanı haline gelmiştir. Öte yandan, çevrenin korunması bakımından atıkların geri kazanılması ve hammadde kaynağı olarak tekrar kullanılması için yöntemlerin geliştirilmesi büyük önem arz etmektedir. Bu konudan yola çıkarak, tez çalışmasında, geri dönüşüm polietilen tereftalat (rPET) polimeri kullanılarak kil, bor, pomza ve zeolit gibi nanopartikül içerikli nanokompozit üretimi amaçlanmıştır. 
Nanokompozit üretiminde matris elemanı olarak iki farklı forma sahip geri dönüşüm PET (kırık form ve cips form) polimerleri ve çeşitli takviye elemanları (kil, bor, zeolit, pomza) kullanılmıştır. Geri dönüşüm PET polimerleri (rPET) ve %3 oranında söz konusu partiküller homojen bir karışım elde etmek amacıyla eriyikte birleştirme yöntemiyle çift vidalı ekstrüderde bir araya getirilmiştir. Çalışmada, dört farklı (Cloisite 10A, 15A, 20A ve 30B) kil türü kullanılmıştır. Hazırlanan cips formuna sahip nanokompozit numunelerinin morfolojik ve termal özellikleri çeşitli metotlarla analiz edilmiş ve partiküllerin polimer yapısı içerisindeki dağılımı ile polimerin termal özelliklerindeki değişim belirlenmiştir. Tez çalışmasının devamında nanokompozit numunelerinden enjeksiyon kalıp ile kompozit numuneleri elde edilmiş ve çekme ve ses geçirgenliği testleri yapılmıştır. Tez çalışmasının son bölümünde, kil partikülleri içeren cips formuna sahip nanokompozit numunelerinden eriyikten lif çekimi metodu kullanılarak multifilament lifler elde edilmiştir. Kil partiküllerinin iplik özelliklerine etkisini belirlemek amacıyla yüzey yapısı, mukavemet ve kopma uzaması özellikleri ve kaynama sonrası çekme özellikleri test edilmiştir. Özellikle, kil partiküllerinin ipliklere yanma direnci kazandırıp kazandırmadığını değerlendirmek amacıyla ipliklerden elde edilen kumaşların limit oksijen indeks (LOI) değerleri ile partiküllerin iplik yapısına neden olduğu değişimi belirlemek amacıyla kumaşların hava geçirgenliği özellikleri analiz edilmiştir. 
Çalışma sonucunda, kil, bor, zeolit ve pomza partiküllerin polimer matris içerisindeki dağılımının cips, kompozit, lif gibi formlara sahip nanokompozitlerin çeşitli özelliklerini etkilediği belirlenmiştir. Homojen partikül dağılımı yanında kullanılan partikül türünün de nanokompozitin özelliklerini etkilediği tespit edilmiştir. Tez çalışması ile partiküllerin tekstil ürünlerine etkisi ve geri dönüşüm polietilen tereftalatın (rPET) fonksiyonel hale getirebilme imkanı konularında çeşitli bulgular elde edilmiş ve bu konuda bir bilgi altyapısı oluşturulmuştur.

Abstract:
Nowadays, composite materials have started to take the place of conventional metals and metal alloys with superior properties such as easy processing, affordability, lightness, superior thermal stability, mechanical, electrical, and thermal properties. As a result, the importance of the composite materials has been increasing in the industry and various composite materials comprising different matrix and reinforcement components with superior properties are being developed. In recent years, production and usage of polymeric nanocomposite materials including nano scale particles are one of the most important research field. On the other hand, with increasing environmental awareness and the requirement of environment protection, development of the methods realizing recycling and utilization of wastes as a source of secondary raw material has become essentially significant subjects. In this thesis, it was aimed to produce nanocomposites containing nano scale clay, boron, zeolite and pumice particles with recycled polyethylene terephthalate (rPET) polymer. 
In the production of nanocomposites, recyled PET polymers with two different forms (broken and chips) of the matrix element and various reinforcing elements (clay, boron, zeolite, pumice) was used. rPET polymers and nano-particles (3% weight ratio) were mixed by melt blending method in the twin-screw extruder. In the thesis, four different nanoclays (Cloisite 10A, 15A, 20A and 30B) were used. Nanocomposites samples were produced in the form of chips and morphological and thermal properties of the samples were analyzed and, the distribution of the particles in polymer structure and changes in thermal properties of the samples were evaluated. In following part of the thesis, composite samples were obtained by injection molding of nanocomposite samples and tensile and ultrasonic wave tests were done. In the last part of the thesis, multifilament fibers were spun clay-nanocomposite samples by melt spinning method. In order to determine the effect of clay particles on yarn properties, surface structure of the fibres, tensile properties and tensile properties after boiling were tested. In addition, limiting oxygen index (LOI) was measured to study the flame properties of the fibres and air permeability was tested to analyze the effect of clay particles on fibre surface.
As a result of the thesis, it was determined that the distribution of clay, boron, zeolite and pumice particles within the polymer matrix has significant influence on the various nanocomposite properties. In addition to homogeny distribution of the particles, the type of the particles affects the nanocomposite characteristics. At the end of the present thesis, it was obtained the findings and gained experience about the production possibility of functional materials from recycled polyethylene terephthalate (rPET) polymer.