Doğal kauçuk/bütadien kauçuk harmanlarının fonksiyonel hibrit nanoparçacıklar ile takviye edilmesi ve özelliklerinin incelenmesi
Reinforcing natural rubber/butadiene rubber compounds with functional hybrid nanoparticles and investigation of compound properties
Yazar: MERVE ERCAN KALKAN
Danışman: PROF. DR. GÜRALP ÖZKOÇ
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Butadien = Butadiene ; Doğal kauçuk = Natural rubber ; Elastomerler = Elastomers

Özet:
Bu çalışmada, polihedral oligomerik silseskuioksan (POSS) ilavesinin doğal kauçuk (NR)/bütadien kauçuk (BR) harmanlarına etkisi incelenmiştir. Bu amaçla Oktavinil-POSS (OV-POSS), Akrilo-POSS ve Metakril-POSS olmak üzere üç farklı POSS türü kullanılmıştır. 1, 3, 5, 7 ve 10 phr POSS yükleme oranının elastomer harmanlarının termal, mekanik, morfolojik, reolojik ve dinamik mekanik özelliklerine etkisi incelenmiştir. Fourier Dönüşümlü Infrared Spektrometresi (FTIR) ve Sıcaklık Taramalı Gerilim Gevşemesi (TSSR), Diferansiyel Taramalı Kalorimetre (DSC) sonuçları, POSS nanoparçacıklarının vulkanizasyon reaksiyonunda yer alarak kükürt ve/veya elastomerlerle etkileşime girdiğini doğrulamaktadır. Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) sonuçları, mekanik özelliklerdeki iyileşmelerin homojen nanoparçacık dağılımı ile ilişkili olduğunu göstermektedir. Diğer yandan yüksek yükleme oranlarındaki POSS katkısı, nanoparçacıkların aglomerasyonuna bağlı olarak mekanik özelliklerde düşüşe neden olmaktadır. Termogravimetrik Analiz (TGA) sonuçları POSS varlığında NR/BR harmanlarının termal dayanımının iyileştiğini göstermektedir. Temas açısı ve dinamik mekanik analiz (DMA) verilerine göre göre OV-POSS nanoparçacıkları seçimli olarak NR/BR ara yüzeyinde lokalize olurken, Akrilo-POSS ve Metakril-POSS'un NR fazı tercih ettiği sonucuna varılmıştır. Aynı zamanda DMA sonuçları, OV-POSS varlığında karışamayan NR/BR fazların uyumlulaştırılabilmesi için umut verici olarak değerlendirilmiştir. Isayev ve Deng'in n'inci derece kinetik model yaklaşımı POSS içeren harmanların kürlenme kinetiğini temsil etmede başarılı bulunmuştur.

Abstract:
In this study, it was aimed to investigate polyhedral oligomeric silsesquioxane (POSS) loading into natural rubber (NR)/butadiene rubber (BR) elastomer blends. Three different POSS types were used: OV-POSS, Acrylo-POSS, and Methacrylic-POSS. The effects of 1, 3, 5, 7, and 10 phr POSS loading levels on elastomer blends' thermal, mechanical, morphological, and dynamic-mechanical properties were investigated. Fourier-Transform Infrared Spectrometer (FTIR), Temperature Scanning Stress Relaxation (TSSR), and Differential Scanning Calorimetry (DSC) result revealed the potential effect of POSS nanoparticles in the vulcanization through reacting with sulfur and/or elastomers. Scanning Electron Microscope (SEM) results supported the improvement of mechanical properties due to homogeneous dispersion. On the other hand, a high amount of POSS incorporation resulted in a decrease in mechanical properties, owing to the agglomeration of nanoparticles. TGA results reveal that the thermal stability of the blends was improved in the presence of POSS. According to contact angle and Dynamic mechanical analysis (DMA) results, it could be concluded that OV-POSS nanoparticles were localized at the interface of the elastomers, whereas Acrylo and Methacryl POSS were localized at the NR phase. OV-POSS also enabled the compatibilization of immiscible NR/BR blends. Isayev and Deng's nth degree approach was found successful in explaining the curing kinetics of POSS-containing blends.