Kauçuk hamurlarında alternatif antioksidan: Kına
An alternative antioxidant for rubber compounds: Henna
Yazar: ŞEHRİBAN ÖNCEL
Danışman: DOÇ. DR. BAĞDAGÜL KARAAĞAÇ
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Doğal kauçuk = Natural rubber

Özet:
Doğal kauçuk (NR), üstün mekanik ve dinamik özellikleri, yapışma kabiliyeti ve uyumluluğu gibi olumlu yönleri ile endüstride çok yaygın kullanım alanı bulan bir hammaddedir. Bununla birlikte NR, yüksek doymamışlığı nedeni ile çevresel koşullara, oksijen ve ozon etkisinde yaşlanmaya karşı oldukça dayanıksızdır. NR esaslı malzemelerin kullanım ömrünü uzatmak için halen en yaygın yöntem hamur bileşiminde çeşitli koruyuculara yer verilmesidir. Bu katkıların tamamı sentetik yapıdadırlar ve ve üretimleri sırasında çevreye zararlı etkileri söz konusudur. Bu tez çalışmasında, NR esaslı kauçuk hamurlarında doğal ve alternatif bir antioksidan olarak kına, iki aşamada ve çok yönlü olarak değerlendirilmiştir. Birinci aşamada doğrudan kınanın, etkin ve konvansiyonel kükürtlü vulkanizasyon sistemlerinde kullanımı durumundaki etkinliği incelenmiştir. İkinci aşamada ise benzer bir değerlendirme, yarı etkin kükürt vulkanizasyonu ile hazırlanan doğal kauçuk vulkanizatlarda, hem kına, hem de kınanın aktif bileşenleri (lawsone ve gallik asit) için yapılmıştır. Her iki aşamada da antioksidan etkinliği, doğal kauçuk için yaygın bir antioksidan olarak kullanılan 2,4-trimetil-1,2-dihidrokinolin (TMQ) ile kıyaslanmıştır. Alternatif antioksidan olarak değerlendirilen kınanın TMQ'ya yapısal olarak benzerliği tez çalışmasına esin kaynağı olmuştur. TMQ, kına ve kına bileşenleri ile hazırlanan kauçuk hamurları reolojik, fiziksel, mekanik, dinamik, termal ve gerilim-gevşeme özellikleri açısından değerlendirilmiştir. Özellikler, termo-oksidatif yaşlanma öncesi ve sonrası karşılaştırılmıştır. Yaşlanma sırasında malzeme yapısında gerçekleşen değişimler, yaşlanma süresine de bağlı olarak yapısal analiz teknikleri ile değerlendirilmiş, antioksidan tipleri ile de ilişkilendirilerek yaşlanma mekanizmaları aydınlatılmıştır. Tüm değerlendirmeler sonrasında kınanın, doğal kauçuğun özellikle kısa ve orta dönem yaşlanmasının engellenmesinde başarılı şekilde kullanılabilecek doğal ve alternatif bir antioksidan olduğu sonucuna varılmıştır.

Abstract:
Natural rubber (NR) is a widely used industrial raw material thanks to its superior mechanical and dynamic properties, adhesion behavior and compatibility. However, its highly unsaturated structure makes NR poor against aging in the presence of oxygen and ozone. Using various stabilizers in NR compounds is still the most common method to increase life-time of the vulcanizates. Almost all of these additives have synthetic and they may cause enviromental hazards, particularly in their production period. In this thesis, henna has been investigated as an alternative natural antioxidant for NR based rubber compounds. In the first stage of the study, efficiacy of henna was evaluated in the cases of efficient and conventional sulphur curing systems of NR. In the second stage, similar evaluation was performed for both henna and its main active components (lawsone and gallic acid) for semi-efficient vulcanization system. In both stages, antioxidant activity of natural additives was compared to that of 2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinoline (TMQ), which has been the most preferred stabilizer for NR. Indeed, structural similarity of henna and TMQ provided the inspiration for this study.
Rubber compounds prepared with TMQ, henna and henna's main components were tested from the point of rheological, physical, mechanical, dynamic, thermal and stress-relaxation properties. Comparison was done for original and aged vulcanizates. Changes in the properties due to thermo-oxidative aging were investigated for short and long-term aging periods by using comprehensive structural analysis. Aging mechanisms were clarified for different antioxidant types. Considering all the results obtained, henna has been found to be successful on preventing short and medium-term thermo-oxidative aging of natural rubber as an alternative natural antioxidant.