Çeşitli ticari plastiklerin bozunma kinetiklerinin termogravimetrik analiz yöntemi ile incelenmesi
Investigations of degradation kinetics of various commercial plastics with thermogravimetric analysis method
Yazar: BEGÜM ARDA
Danışman: YRD. DOÇ. DR. IŞIL ACAR
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimyasal Teknolojiler Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Polietilen = Polyethylene ; Polietilen tereftalat = Polyethylene terephthalate ; Polimerler = Polymers ; Polistiren = Polystyrene ; Termogravimetri = Thermogravimetry ; Termoplastik = Thermoplastic

Özet:
Bu çalışmada, farklı özelliklere sahip, polietilen (PE), poli(etilen tereftalat) (PET) ve polistiren (PS) gibi çeşitli ticari plastiklerin bozunma davranışları ve bozunma kinetikleri Termogravimetrik Analiz (TGA) yöntemi ile karşılaştırmalı olarak incelenmiştir.Bu amaçla, çeşitli firmalardan temin edilen, alçak yoğunluklu polietilen (LDPE), orta yoğunluklu polietilen (MDPE), yüksek yoğunluklu polietilen (HDPE), nişasta katkılı polietilen (BİOPE)] gibi katkılı veya katkısız özellikte ticari plastik hammaddeler ve PE boru, PET şişe ve PS bardak gibi tüketici tarafından bir kere kullanılıp atılmış çeşitli atık plastikler kullanılmıştır.Plastik malzemelerin TGA analizleri, ?Linseis marka, STA PT 1750 model? Termogravimetrik Analiz cihazı ile gerçekleştirilmiştir. Alumina kroze içerisine yerleştirilen yaklaşık 10 mg plastik örnekler, 0.1 L min-1 hava atmosferinde, farklı ısıtma hızlarında (10, 20, 30 ve 40oC/dak.) 25oC'den 650oC'ye kadar ısıtılmış ve malzemenin ısı karşısında gösterdiği davranışlar belirlenmiştir.Seçilen ticari plastiklerin bozunma davranışları farklı ısıtma hızları ile test edilmiş ve plastiklerin bozunma sıcaklıkları karşılaştırılmıştır. Saf ve atık plastiklerin bozunma davranışları birbirleri ile karşılaştırılarak incelenmiştir. Bozunma prosesi aktivasyon enerjileri de Kissinger, Flynn-Wall-Ozawa ve Coats-Redfern modelleri ile hesaplanmıştır. Buna ek olarak, molekül ağırlığı ve polimer yapısında katkı maddesinin varlığı ya da yokluğunun bozunma davranışı üzerine etkisi de incelenmiştir. Plastik örneklerin, termal bozunma reaksiyon değişkenlerini hesaplamak için uygulanan her üç model de uygundur.Elde edilen sonuçlara göre, farklı özelliklere sahip ticari polietilen örneklerin, ortalama aktivasyon enerjileri 132 kJ/mol olarak hesaplanmıştır. Nişasta esaslı biyolojik bozunabilen PE örneğin aktivasyon enerjisi de 104 kJ/mol olarak belirlenmiştir. Atık PE boru, atık PET şişe ve atık PS bardak için yapılan kinetik hesaplamalar sonucunda da, bu plastiklerin ortalama aktivasyon enerjileri, sırasıyla, 136, 130 ve 45 kJ/mol olarak belirlenmiştir.

Abstract:
In this study, thermal oxidative degradation kinetics of various commercial plastics, which have different characteristics such as polyethylene (PE), poly(ethylene terephthalate) (PET) and polystyrene (PS), have been investigated with Thermogravimetric Analysis (TGA).To this purpose, various commercial plastics which provided from different firms such as low-density polyethylene (LDPE), medium density polyethylene (MDPE), high-density polyethylene (HDPE), starch based polyethylene (BİOPE) and post-consumer waste plastics such as PE tube, PET bottle and PS cup were used.Thermal oxidative degradation experiments were carried out in ?Linseis, STA PT 1750?. Experiments were conducted in dynamic condition at different heating rates of 10, 20, 30 and 40oC min-1. Constant heating rates were used between 25 and 650oC. Air flow rate was maintained at 0.1 L min-1 and sample weights were approximately 10 mg in all runs. Then thermal behaviors of plastic materials have been determined.Degradation behaviors of the selected commercial plastics were tested with different heating rates and the degradation temperatures of the plastics were compared. Degradation behaviors of pure and waste plastics were examined by comparing with each other. The activation energy of the degradation processes were also calculated with the Kissinger Flynn-Wall-Ozawa and Coats-Redfern models. In addition, the influence of molecular weight and presence or absence of additive in polymer structure on the degradation behavior was also discussed. All three models, which can apply to calculate the thermal degradation reaction parameters, are also suitable for selected plastic materials.According to the results, the average activation energy of the commercial polyethylene samples with different characteristics was determined as 132 kJ mol-1. Activation energy of starch based biodegradable PE sample was also determined as 104 kJ mol-1. At the end of the kinetic calculations for waste PE pipe, waste PET bottle and waste PS cup, the average activation energies were calculated as 136, 130 and 45 kJ mol-1, respectively.