Hibrit nano yapılar ile dinamik vulkanize edilmiş TPV'lerin üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of dynamic vulcanized TPVs with hybrid nano-structures
Yazar: NAZLI YAZICI ÇAKIR
Danışman: PROF. DR. GÜRALP ÖZKOÇ
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Kompozit polimerler = Composite polymers

Özet:
Termoplastik vulkanizatlar (TPV), iki veya daha fazla polimerik fazdan oluşan, oda sıcaklığında katı elastomerik özellikler sergilerken ısıtılıp eritildiğinde termoplastikler gibi akışkan özellik sergileyen, dinamik vulkanizasyonla üretilen çok fonksiyonlu malzemelerdir. TPV'lerin arasında en yaygını, polipropilen (PP)/etilen-propilen-dien monomeri (EPDM) esaslı olandır. TPV'lerin özelliklerini belirleyen en temel unsur çapraz bağ yapısı, çapraz bağ yoğunluğu ve elastomer fazının tane boyutudur.  PP/EPDM esaslı TPV'lerin üretiminde çapraz bağlayıcı ajan olarak peroksitli sistemlerin sıklıkla kullanıldığı görülmektedir. Peroksitle çapraz bağlanma sırasında oksidasyona karşı hassasiyet artmakta, istenmeyen yan reaksiyonlar ve PP moleküllerinin β-zincir kesilmesi meydana gelmektedir.  Bunu engellemek için elastomer zincirleri arasında köprüler oluşturan ve peroksitin verimliliğini arttıran koajanlar kullanılmaktadır. Bu çalışmada, literatürde ilk defa PP/EPDM esaslı TPV'lerin üretiminde, koajan olarak, yapısında doymamış gruplar içeren çok fonksiyonlu polihedral oligomerik silseskuiokzan (POSS) nanoparçacıklar kullanılmıştır.  POSS türü olarak oktavinil-POSS, oktaizobütil-POSS, akrilo-POSS, metakril-POSS ve oktamaleamik asit-POSS kullanılmış ve özellikleri konvansiyonel koajanla (triallil siyanurat, TAC) üretilmiş TPV ile karşılaştırılmıştır. TPV'lerin hazırlanması sırasında eriyik harmanlama tekniği kullanılmıştır. POSS koajan türü, POSS/peroksit yükleme oranı, PP/EPDM oranı gibi malzeme parametrelerinin yanı sıra, işleme sıcaklığı, işleme sırasındaki vida hızı ve alıkonma süresi ve karıştırma protokolü de süreç parametreleri olarak incelenmiştir. Üretilen TPV'lerin çapraz bağ yapıları aydınlatılırken, çapraz bağ yoğunluğu ve buna bağlı olarak kalıcı set, mekanik ve termal özellikler, morfolojileri incelenmiştir. POSS koajanlar ile üretilmiş TPV'lerde kristallenme davranışı ve kristalizasyon kinetiği çeşitli kinetik modellerle literatürde ilk defa incelenmiştir. Genel bir değerlendirme yapılacak olursa, reaktif fonksiyonel gruplara sahip POSS nanotaneciklerinin PP/EPDM sistemi için etkin birer koajan oldukları tespit edilmiştir. Koajan verimliliği bakımından OV-POSS>A-POSS>M-POSS>TAC>OM-POSS>OI-POSS şeklinde bir sıralama elde edilmiştir.

Abstract:
Thermoplastic vulcanizates (TPVs) are multifunctional materials consisting of two or more phases with solid elastomeric properties at room temperatures and fluid-like properties when heated. They are produced via dynamic vulcanization process.  The most widely produced TPV type is PP/EPDM, which is the focus in this project. The main factors that determine the performance of the TPVs are the crosslink bond structure, crosslink density and the phase dimensions of the elastomer domains.  The peroxides are mostly selected to be used in crosslinking of PP/EPDM based TPV. However, they still have some disadvantages such as the side reactions resulting the beta chain scission of PP phase and undesired disproportionation reactions. In order to eliminate these disadvantages, coagents are used. In this project, for the first time in the literature, the potential use of POSS nanoparticles having unsaturated bonds was investigated as a coagent in PP/EPDM based TPV production via dynamic vulcanization. In this project, it was prepared peroxide vulcanized TPVs using octavinyl-POSS, octaisobuthyl-POSS, metacryl-POSS, acrylo-POSS and octamaleamic acid-POSS as coagents via dynamic vulcanization. The properties of the TPVs having POSS were compared with the TPVs produced using conventional coagents such as TAC. Melt compounding was used to dynamically vulcanize the TPV. The POSS type, POSS content, PP/EPDM ratio, processing parameter (screw speed, temperature and residence time) were investigated. The crosslink structure and crosslink density were enlightened, and its mechanical, thermal and morphological properties were investigated. In addition, the crystallization kinetics of TPVs were investigated. As a general conclusion, POSS nanoparticles having reactive functional groups were found to effective coagent for PP/EPDM system. Coagent efficiency of POSS nanoparticles were determined in the order of OV-POSS>A-POSS>M-POSS>TAC>OM-POSS>OI-POSS.