PVC esaslı kompozit film üretimi ve karakterizasyonu
PVC based composite film production and characterization
Yazar: HANDAN ÇATIR BOZTEPE
Danışman: PROF. DR. HASAN FERDİ GERÇEL
Eskişehir Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimyasal Teknolojiler Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: PVC = PVC

Özet:
Bu çalışmada, sahip olduğu yüksek performans özellikleri, kolay ulaşılabilirliği ve düşük maliyeti sebebiyle tercih edilen polivinil klorür (PVC) polimer matrisinde farklı katkı malzemeleri kullanılarak mekanik, termal ve dielektrik özellikleri geliştirilmiş yeni kompozit malzemeler üretilmiştir. Çalışma iki aşamadan oluşmaktadır. İlk aşamada, katkı malzemesi olarak kullanılmak üzere karalahana sapı biyokütle atıklarından mikrokristal selüloz (MCC) sentezi yapılmıştır. Sentezlenen MCC'nin kristal yapısı X-ışınları kırınım (XRD) yöntemi ile, kimyasal yapısı ise Fourier dönüşümlü infrared (FTIR) spektroskopisi ile karakterize edilerek kimyasal yapısı doğrulanmıştır. Morfolojik yapısı ise taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile incelenmiştir. İkinci aşamada, PVC matrisli poliüretan diol (PUR), gliserol ve MCC katkılı yeni kompozit filmler üretilmiştir. Elde edilen kompozit filmlerin yapısındaki fonksiyonel gruplar FTIR spektroskopisi ile analiz edilerek, bileşenler arasında oluşan etkileşimler incelenmiştir. Hazırlanan kompozit filmlerin termal bozunma davranışları termogravimetrik analiz (TGA) ile, morfolojik yapıları SEM ile, mekanik ve dielektrik özelllikleri ise sırasıyla çekme testleri ve dielektrik sabiti ölçümleri ile analiz edilmiştir. Çekme testleri sonucunda, saf PVC filmin çekme mukavemetinin 14,82 MPa olduğu ve kütlece %10 gliserol ve %2 MCC katkısı ile %142,6 artarak 35,96 MPa'a ulaştığı tespit edilmiştir. TGA sonucunda, PVC matrisine yapılan %10 gliserol katkısı ile ana termal bozunma sıcaklığının 207oC'den 238oC'ye yükseldiği ve termal bozunma aralığındaki kütle kaybının düştüğü belirlenmiştir. Dielektrik sabiti ölçümleri sonucunda, saf PVC film için 2,31 olan dielektrik sabitinin, kütlece %10 gliserol ve %1 MCC katkısı ile %98,7 artarak 4,59'a yükseldiği belirlenmiştir. Çalışma sonucunda, termal kararlılığı, iv mukavemeti ve dielektrik kapasitesi geliştirilmiş doğal lif katkılı polimer matrisli kompozit filmler elde edilmiştir.

Abstract:
In this study, new composite materials were produced with improved mechanical, thermal and dielectric properties by using different additives in polyvinyl chloride (PVC) polymer matrix which is preferred due to its high performance properties, easy accessibility and low cost. The study consists of two phases. In the first phase, microcrystalline cellulose (MCC) was synthesized from black cabbage stem biomass waste to be used as additive material. Chemical structure of the synthesized MCC was confirmed by characterizing its crystal structure through X-ray diffraction (XRD) method and its chemical structure by Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy. The morphological structure was examined by scanning electron microscopy (SEM). In the second phase, new composite films were produced with polyurethane diol (PUR), glycerol and MCC additives in PVC matrix. The functional groups in the structure of the obtained composite films were analyzed by FTIR spectroscopy, and the interactions between the components were investigated. The thermal degradation behaviors of the prepared composite films were analyzed by thermogravimetric analysis (TGA), their morphological structures were analyzed by SEM, and their mechanical and dielectric properties were analyzed respectively by tensile tests and dielectric constant measurements. As a result of the tensile tests, it was determined that the tensile strength of the pure PVC film was 14.82 MPa and it was increased by 142.6% and reached to 35.96 MPa after the addition of 10% glycerol and 2% MCC by mass. As a result of TGA, it was determined that the main thermal decomposition temperature increased from 207oC to 238oC after 10% glycerol addition to the PVC matrix and the mass loss in the thermal decomposition range decreased. As a result of dielectric constant measurements, it was determined that the dielectric constant, which was 2.31 for pure PVC film, increased by 98.7% and reached to 4.59 vi after the contribution of 10% glycerol and 1% MCC by mass. As a result of the study, natural fiber reinforced polymer matrix composite films were obtained with improved thermal stability, strength and dielectric capacity.