Epokside doğal kauçuğun koajan varlığında vulkanizasyonu
Epoxidized natural rubber vulcanization in the presence of co-agent
Yazar: SENA EZGİ SELÇUK
Danışman: DOÇ. DR. BAĞDAGÜL KARAAĞAÇ
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Epokside doğal kauçuk (ENR), doğal kauçuğun (NR) asetik asit veya peroksi asetik asit ile kontrollü modifikasyonu ile üretilen yarı-sentetik bir kauçuk türüdür. Epokside formuna dönen NR molekül sayısı epoksidasyon seviyesini belirtmekte ve ticari olarak en yaygın kullanılanlar sırasıyla molce %25 ve %50 epoksi içeren ENR-25 ve ENR-50'dir. ENR, polimer ana zinciri üzerinde rastgele dizilimde bulunan epoksi gruplarının varlığı kauçuğun polaritesini, böylelikle yağlara karşı direncini ve yapışma kabiliyetini atrırır. Bununla birlikte düşük çaprazbağlanma kabiliyeti ve zayıf mekanik özellikleri kullanımını sınırlamaktadır. Bu çalışmada NR ve ENR'nin, koajan olarak N,N'-m-fenilen bismaleimid (HVA-2) varlığında vulkanizasyonu çalışılmıştır. Kullanılan alternatif pişirme sistemlerinin, NR ve ENR'nin özelliklerini geliştirmedeki başarısı araştırılmıştır. Hamurların pişme öncesinde reolojik ve dinamik özellikleri, pişme sonrasında fiziksel, mekanik ve ısıl özellikleri incelenmiştir. Şişme ölçümleri, Lee-Pawlowski-Coran yaklaşımı ve sıcaklık taramalı gerilim gevşeme (TSSR) analizleri ile çaprazbağ yoğunlukları belirlenmiş, yine TSSR analizleri ile yüksek sıcaklık performansları kıyaslanmıştır.
Koajan varlığında hem doğal kauçuk, hem de epokside doğal kauçuktan, ortalama %30 daha yüksek çaprazbağ yoğunluklu vulkanizatlar elde edilebildiği, ENR vulkanizasyonunda, hem kullanılan hızlandırıcılar, hem de HVA-2'nin epoksi halka açılması reaksiyonları ile ana zincirdeki çaprazbağlanmayı daha fazla geliştirdiği görülmüştür. HVA-2 varlığında vulkanize edilen hamurların bozunma sıcaklıklarının referanslarına kıyasla 20℃ kadar ileriye kaydığı, ısıl yaşlandırma ile fiziksel ve mekanik özelliklerdeki kaybın da azaldığı sonucuna varılmıştır.

Abstract:
Epoxidized natural rubber (ENR) is produced by controlled chemical modification of natural rubber (NR) with acetic acid or peroxy formic acid. The number of NR that forms epoxy structure indicates the level of epoxidation; 25% and 50% (mol/mol) epoxy containing ENR, which are respectively called ENR-25 and ENR-50, are commercially available grades. Oil resistance and adhesion properties of ENR are superior againist NR due to random arrangement of the epoxy groups on the main chain of the polymer. However, its low crosslinking ability and poor mechanical properties restrict its usage in wide-range applications. In this study, vulcanization of NR and ENR in the presence of co-agent N,N'-m-phenylene bismaleimide (HVA-2) was investigated. Effects of alternative vulcanization systems on improving NR and ENR vulcanizate properties were evaluated. 
Rheological and dynamic properties for unvulcanized compounds, physical, mechanical, and thermal properties for the vulcanizates were studied. Crosslink density caşculations were performed by using swelling measurements, Lee-Pawlowski-Coran approach, and temperature scanning stress-relaxation (TSSR) experiments. Besides, high temperature performance of the vulcanizates were evaluated from TSSR spectrums. 
HVA-2 induced vulcanization of both NR and ENR provided almost 30% higher crosslink density. Additional accelerators and HVA-2 had more dominant effects on ENR due to epoxy ring-opening reactions during crosslinking. Thermal decomposition of these vulcanizates shifted to 20℃ higher temperatures. Besides, it was concluded that physical and mechanical property retentions after thermal aging were reduced by co-agent induced vulcanization, for both NR and ENR.