Termoplastik poliüretan esaslı ısı-duyarlı şekil hafızalı polimer harmanların geliştirilmesi ve karakterizasyonu
Development and charactarization of thermoplastic polyurathane based thermo-responsive shape memory polymer blends
Yazar: EMRE PALABIYIK
Danışman: DOÇ. DR. EMRE TEKAY
Yalova Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Polimer Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Polimer Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Polimer karışımlar = Polymer blends

Özet:
Şekil hafızalı polimerler, dış uyaranlara tepki verebilen ve akıllı polimerler kategorisinde önemli bir yere sahip olan malzemelerdir. Bu polimerler, bir dış uyaran yardımıyla şekillerini değiştirebilirler. Isıya duyarlı şekil hafızalı polimerler, geçici şekiller ile kalıcı şekiller arasında dönüşüm sağlamak için ısı kullanır ve bu tür polimerler, şekil hafızalı polimerler arasında en yaygın olanlarıdır. Isıya duyarlı şekil hafızalı polimerik malzemeler, kalıcı şeklin geri kazanılmasını sağlayan bir elastomer ve geçici şeklin korunmasını sağlayan bir anahtar polimer kullanılarak polimer karışımları şeklinde üretilebilir. Bu çalışmada, elastomer fazı ester esaslı termoplastik poliüretan (TPU) ve anahtar fazı poli(butil-co-izobutil metakrilat) (PBMA-co-PiBMA) olan farklı kompozisyonlara sahip polimer karışımları eriyik harmanlama yöntemiyle hazırlandı. Ağırlıkça TPU/PBMA-co-PiBMA oranı 90/10, 80/20 ve 70/30 olan karışımlarda, TPU sürekli fazı içinde PBMA-co-PiBMA fazının damlacık şeklinde dağıldığı; 60/40 ve 50/50 karışımlarında ise eş-sürekli morfolojinin oluştuğu gözlemlendi. Dinamik mekanik analizlerde (DMA), TPU'nun ester bloğu ile PBMA-co-PiBMA polimerinin uyumlu olduğu, polimer karışımlarında camsı geçiş sıcaklığının (Tg), TPU'nun yumuşak bloğu ile PBMA-co-PiBMA polimerinin camsı geçiş sıcaklığı arasında değerler aldığı ve camsı geçiş sıcaklığının PBMA-co-PiBMA miktarı ile doğru orantılı olarak arttığı belirlendi. Saf polimer bileşenlerin ve üretilen polimer karışımlarının ısıl geçiş özellikleri DSC analiziyle irdelendi. PBMA-co-PiBMA varlığında TPU'nun yumuşak segmentinin camsı geçiş sıcaklığı genel olarak artış gösterdi. Bununla birlikte, iki polimer arasındaki etkileşimler nedeniyle TPU'nun sert segmentinin erime sıcaklığında ve kristalizasyon sıcaklığında artışlar elde edildi. Isıya duyarlı şekil hafızası analizlerinde, PBMA-co-PiBMA miktarı arttıkça hem şekil sabitleme (Rf) hem de şekil geri dönüşüm (Rr) oranlarının arttığı ve 50/50 oranına sahip kompozisyon için %98'in üzerinde Rf ve Rr değerleri elde edildiği görüldü. Termogravimetrik analizlerde (TGA), karışım içerisinde PBMA-co-PiBMA varlığında TPU'nun bozunma başlangıç sıcaklıklarının azaldığı, ancak TPU'nun ester bloğunun maksimum bozunma sıcaklığı ve maksimum bozunma hızının arttığı tespit edildi.

Abstract:
Shape memory polymers are materials that can respond to external stimuli and hold an important place in the category of smart polymers. These polymers can change their shape with the help of an external stimulus. Thermally responsive shape memory polymers use heat to transition between temporary and permanent shapes, and these types of polymers are the most common among shape memory polymers. Thermally responsive shape memory polymeric materials can be produced as polymer blends using an elastomer that enables the recovery of the permanent shape and a switch polymer that maintains the temporary shape. In this study, polymer blends with different compositions, where the elastomer phase is ester-based thermoplastic polyurethane (TPU) and the switch phase is poly(butyl-co-isobutyl methacrylate) (PBMA-co-PiBMA), were prepared using the melt blending method. In the blends with TPU/PBMA-co-PiBMA ratios of 90/10, 80/20, and 70/30 by weight, it was observed that the PBMA-co-PiBMA phase was dispersed in droplet form within the continuous TPU phase; whereas in the blends with ratios of 60/40 and 50/50, a co-continuous morphology was formed. Dynamic mechanical analyses (DMA) showed that the ester block of TPU and PBMA-co-PiBMA polymer were compatible, and in the polymer blends, the glass transition temperature (Tg) was found to lie between the Tg of the soft block of TPU and the Tg of PBMA-co-PiBMA, increasing proportionally with the amount of PBMA-co-PiBMA. The thermal transition properties of the neat polymer components and the produced polymer blends were examined with DSC analysis. It was observed that the glass transition temperature of the soft segment of TPU generally increased in the presence of PBMA-co-PiBMA. Additionally, due to the interactions between the two polymers, increases were observed in the melting temperature and crystallization temperature of the hard segment of TPU. In thermally responsive shape memory analyses, it was found that as the amount of PBMA-co-PiBMA increased, both the shape fixing (Rf) and shape recovery (Rr) ratios increased, and values above 98% were obtained for the composition with a 50/50 ratio. Thermogravimetric analyses (TGA) showed that in the presence of PBMA-co-PiBMA within the blend, the onset decomposition temperatures of TPU decreased, but the maximum decomposition temperature and the maximum decomposition rate of the ester block of TPU increased.