Epoksi-POSS nanoparçacıklarının poli (laktik asit) temelli polimer karışımlarında uyumlaştırıcı olarak kullanılabilme potansiyelinin araştırılması
Investigation the compatibilization potential of epoxy-POSS nanoparticles in poly (lactic acid) based blends
Yazar: NİLAY TÜCCAR KILIÇ
Danışman: DOÇ. DR. GÜRALP ÖZKOÇ
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Bu çalışmada tamamen biyobozunur, kısmen karışabilir PLA/Termoplastik poliüretan (TPU) ve karışamayan PLA/poli(bütilen adipat-ko-tereftalat) (PBAT) karışımlarında polihedraloligomeriksilsesquioksan (POSS) nanoparçacıklarının uyumlaştırıcı olarak kullanılması amaçlanmaktadır. POSS'ların PLA, TPU ve PBAT ile reaktif olarak bağlanabilmesi için epoksi grubu içeren türleri kullanılmıştır. Çalışmada dört farklı POSS türü OPOSS (fonksiyonel grup içermeyen POSS), MoEpPOSS (bir epoksi fonksiyonel grup), TriEpPOSS (üç epoksi fonksiyonel grup), MuEpPOSS (çoklu epoksi fonksiyonel grup), PLA/TPU ve PLA/PBAT ile çift vidalı ekstrüderde harmanlanmıştır. POSS'ların performansı konvansiyonel uyumlaştırıcılar (PLA/TPU sisteminde fenilendiizosiyanat (PDI), PLA/PBAT sisteminde epoksi esaslı ticari uyumlaştırıcı (JONCRYL) ile karşılaştırılmıştır. Aynı zamanda yüksek molekül ağırlığına sahip PBAT ile PLA/PBAT/Uyumlaştırıcı karışımları hazırlanmıştır ve PBAT molekül ağırlığının etkisi incelenmiştir. Seçilen karışımların non-izotermal kristalizasyon kinetiği incelenmiş, verilerin kinetik modellere uygunluğu araştırılmıştır. PLA/TPU karışım sisteminde Epoksi-POSS türleri içerisinden TriEpPOSS PLA ile TPU' nun ara faz yapışmasına katkı sağlayarak PLA/TPU karışımının özelliklerini geliştirmiştir ve potansiyel bir uyumlaştırıcı olarak görev almıştır. Aynı zamanda elde edilen özellikler PDI ile yakındır. PLA/PBAT karışımlarında PLA oranının daha yüksek olduğu kompozisyonlarda tüm POSS türleri PLA ile PBAT arasında epoksi-karboksilik asit reaksiyonlarının gerçekleşmesini sağlamıştır. Reaksiyonlar neticesinde oluşan muhtemel blok/graft kopolimerler ara yüzey gerilimini azaltmış, PLA/PBAT ara faz yapışmasını geliştirici etki göstermiştir. PLA/PBAT karışımının özellikleri gelişmiştir.  Dolayısı ile tüm Epoksi POSS türleri uyumlaştırıcı özelliği göstermiştir ve sonuçlar epoksi esaslı ticari uyumlaştırıcı ile yakındır. Epoksi-POSS türleri molekül ağırlığı daha düşük PBAT' li karışımlarda daha etkin uyumlaştırıcı özelliği sergilemişlerdir. Kristalizasyon kinetiği çalışmaları POSS'ların PLA' nın kristalizasyonunu arttırdığını ve POSS' ların çekirdeklendşrme ajanı gibi davrandıklarını göstermiştir.

Abstract:
In this study, it was aimed to investigate the effects of polyhedraloligomericsilsesquioxanes (POSS) on the poly(lactic acid) (PLA)/poly(butylene adipate-co-teraphthalate) (PBAT) blends and  PLA/thermoplastic polyurethane (TPU) blends. POSSs containing epoxy side groups, which can react with PLA, TPU and PBAT were used. Four types of POSS, O-POSS (without functional group), MoEpPOSS (with one epoxy functional group), TriEpPOSS (with three-epoxy functional group), MuEpPOSS (with multi-epoxy functional group) were compounded with PLA/TPU and PLA/PBAT blends with a microcompounder. The performance of POSSs was compared to conventional compatibilizers, phenylenediisocyanate(PDI) in PLA/TPU system, epoxidized compatibilizer (JONCRYL in PLA/PBAT system). Moreover, PLA/PBAT/Compatibilizer blends including higher molecular weight PBAT were prepared to investigate the effect molecular weight of PBAT on the blend's compatibility. Non-isothermal crystallization behaviour of selected blends were evaluated from common kinetic models. According to results, TriEpPOSS improved the interfacial interaciton of PLA/TPU blend acted as a potential compatibilizer. Besides, the properties of blends were close to PDI compatibilized ones. For PLA/PBAT blends, all POSS types allowed the reaction of epoxy-carboxylic acid between PLA and PBAT. Possible block/graft copolymer structure resulting from the reactions reduced the interfacial tension and improved PLA/PBAT interfacial adhesion. The properties of PLA/PBAT blends were improved after compounding with POSSs. Therefore, all epoxy POSS types acted as compatibilizer, the results were close to epoxy based compatibilizer. The compatibilization efficieny of epoxy-POSSs was found higher in PLA/PBAT blends having lower molecular weight of PBAT. Crystallization kinetic studies showed that POSSs enhanced the crystallization rate of PLA acted as a nucleating agent.