Polipropilen (PP)/etilen-propilen-dien-monomer (EPDM) termoplastik vulkanizatlarının hazırlanması ve karakterizasyonu
The preparation and characterization of polypropylene (PP)/ethylene-propylene-dien-monomer (EPDM) thermoplastic vulcanisates
Yazar: NESRİN YALIM
Danışman: PROF. DR. GÜLTEN GÜRDAĞ ; YRD. DOÇ. DR. ALİ DURMUŞ
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimyasal Teknolojiler Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Etilen propilen terpolimer = Ethylene propylene terpolymer ; Vulkanizatlar = Vulcanizates

Özet:
Termoplastik vulkanizatlar (TPV)'lar, kauçuk fazın erimiş bir termoplastik fazın varlığında çapraz bağlandığı dinamik vulkanizasyon ile hazırlanmaktadır. Ticari olarak en çok kullanılan termoplastik vulkanizatlar, polipropilen (PP) (termoplastik faz ) ve etilen-propilen-dien monomeri (EPDM)`nden (kauçuk fazı) hazırlanmaktadır. PP-EPDM TPV'ları mükemmel ısı, oksijen ve ozon stabilitesi yanında yüksek ısı ve yağ direncine sahiptirler. TPV'ların hazırlanması; PP ve EPDM'in vulkanizasyondan önce homojen bir şekilde karıştırılması; EPDM fazının çapraz bağlanması ve ardından çapraz bağlı EPDM parçacıklarının PP matrisinde dağıtılması kademelerini kapsadığından proses son derece karmaşıktır. Üstün özelliklere sahip ürünler elde etmek için her kademenin kontrolü son derece önemlidir.Bu tez çalışmasında, ticari olarak üretilen ve farklı bileşimlerde PP ve EPDM içeren TPV'lar, çift vidalı ekstruderde, eriyik harmanlama metodu ile hazırlanmış ve TPV örneklerinin sertlik, kopma dayanımı ve kopma uzaması incelenmiştir. Aynı oranlarda PP/EPDM içeren TPV örnekleri farklı miktarlarda kalsit, kaolin ve kloisit dolgu maddeleri ilavesi ile de hazırlanmış ve bu dolgu maddelerinin TPV örneklerinin mekanik özellikleri üzerindeki etkileri incelenmiştir. TPV örnekleri, ek olarak Diferansiyel Taramalı Kalorimetri (Differential Scanning Calorimetry:DSC), X-Işını Kırınım (X-Ray Diffraction:XRD) ve Taramalı Elektron Mikroskopisi (Scanning Electron Microscopy: SEM) yöntemleri ile de incelenmiştir.Çapraz bağsız PP/EPDM harmanları (termoplastic elastomer:TPE) ile çapraz bağlı eşdeğerlerinin sertlikleri hemen hemen aynı iken, plastifiyan ve uyumlaştırıcı ilavesi sertlikte azalmaya yol açmıştır. İnorganik dolgu maddesinin varlığı ve miktarının artışı TPV'ların sertlik değerlerini biraz arttırmıştır. Ancak PP miktarının artışının sertlik değerleri üzerinde daha büyük etkiye sahip olduğu görülmüştür. Kaolin ve Klosit 20A dolgu maddeleri, TPV örneklerinin serlikleri üzerinde hemen hemen aynı oranda etkiye sahip iken, kalsit'in sertlikte daha fazla artışa yol açtığı görülmüştür. XRD verileri, Kloisit 20A katkı maddesinin PP tarafından interkale edilemediğini göstermiştir. TPV'ların çekme dayanımı çapraz bağsız eşdeğer TPE'lerinkinden daha yüksektir. Aynı PP miktarında kalsit ve kaolin miktarlarının artışı TPV'ların çekme dayanımında hafif azalmaya yol açarken, kloisit 20A katkı maddesinin varlığı ve miktarının artışı çekme dayanımını değerlerini iki katına kadar arttırmıştır. İnorganik katkı maddesi içermeyen TPV'ların erime sıcaklığı (Tm) PP'inkine göre düşük iken, aynı miktarda PP içeren TPV'ın Tm değeri katkı maddesi türü ile hemen hemen değişmemiştir.

Abstract:
Thermoplastic vulcanisates (TPV?s) are prepared by the dynamic crosslinking of a rubber phase in the presence of a molten thermoplastic phase. The most used commercial thermoplastic vulcanisates (TPV?s) are prepared from polypropylene (PP: thermoplastic phase) and ethylene-propylene-diene monomer (EPDM: rubber/eleastomer phase). They have high heat and oil resistance in addition to the excellent stability against heat, oxygen, and ozone. In the preparation of TPV?s, PP and EPDM phases are mixed homogeneously before the crosslinking of EPDM, then EPDM phase is crosslinked in the molten PP phase, afterwards crosslinked elastomer phase is dispersed in the thermoplastic phase. Therefore, the process is highly complicated, and the control of each step of the process is very important in order to obtain TPV?s with superior properties.In this MSc thesis work, TPV?s with various compositions have been prepared from PP and EPDM by melt blending method in a twin-screw extruder, and some mechanical properties of TPV?s such as hardness, tensile strength and elongation at break have been investigated. In addition, the effects of the kinds and contents of inorganic fillers such as calcite, kaolin, and cloisite 20A on the mechanical properties of TPV?s have also been investigated. Further characterization of TPV?s was also performed by Differential Scanning Calorimetry (DSC), X-Ray Diffraction (XRD) and Scanning Electron Microscopy (SEM) methods.The hardnesses (Shore A) of thermoplastic elastomers (TPE) (non-crosslinked PP/EPDM blends) were nearly the same as those of their crosslinked counterparts, but the addition of plastifier and compatibilizer led to decrease in the hardnesses of these crosslinked samples. The presence of inorganic fillers and the increase of their contents in TPV?s slightly increased the hardnesses values, but it was observed that the amount of PP has higher effect on the Shore A hardness of TPV. While the kaolin and Cloisite 20A have the same amount of enhancing effect on the hardness of TPV samples, the filler calcite has led to higher increase in the hardness of TPV. XRD data have shown that Cloisite 20 A could not be able to intercalate by PP. The tensile strengths of TPV?s were higher than those of their non-crosslinked thermoplastic elastomer blend counterparts. At the same PP content, the increase in the contents of calcite and kaolin led to a slight decrease in tensile strengths of TPV?s, but the presence and the increase in the content of Cloisite 20A have increased them up to twice. While the melting temperature (Tm) of TPV?s without filler was lower than that of PP, it was nearly not changed with the kind of filler at the same PP content in comparison to the TPV without filler.