Sıcaklık kontrolü ile elde edilen polistiren nanokompozitlerinin araştırılması

Polimerler yüksek molekül ağırlıklı, modern toplumda çeşitli uygulamaları bulunan malzemelerdir. Polimerler monomer olarak adlandırılan küçük moleküler bileşiklerin kimyasal reaksiyonları sonucu elde edilirler. Polimerler genellikle yüksek sertliğe ve camsı geçiş sıcaklığına sahip, kauçuk elastikliği gösteren malzemelerdir. Polimer malzemeler çözelti ve eriyikler gibi yüksek viskoziteye sahiptirler. Polimer endüstrisi günümüzde oldukça önemli bir sanayi kolu haline gelmiştir. Polimer reaktörlerinde istenen özelliklerde ürün elde etmek için sistem değişkenlerinin ve ortam şartlarının kontrolü gerekmektedir. Nanokompozitler, bir matris içerisinde nanometre büyüklüğünde parçacıkların dağılması ile oluşan malzemelerdir. Organik-inorganik kompozitler, hem polimerlerin hem de inorganik malzemelerin özelliklerinin birleşimine sahip oldukları için son yıllarda birçok alanda ilgi uyandırmaktadırlar. Çok iyi dağılmış nanometre boyutundaki parçacıklar ile hazırlanmış klasik polimer kompozitlere göre üstün fiziksel özelliklere ( termal, mekanik ve gaz bariyeri gibi) sahiptirler. Polimer nonokompozit hazırlanmasında inorganik parçacık olarak kil, SiO2 ve TiO2 sıklıkla kullanılır. Bu çalısmada, polistiren/silika nanokompozit malzeme üretimi ve karakterizasyonu amaçlanmış, nanokompozit malzemelerin elde edilmesinde iki farklı üretim metodu kullanılmıştır, eriyikle harmanlama ve eş zamanlı üretim metodu. Polimerizasyon reaksiyonu radikalik katılma polimerizasyonu ile yarı kesikli polimerizasyon reaktöründe gerçekleştirilmiştir. Polimerizasyon süresince kendinden ayarlamalı PID denetleyici ile sistem sıcaklığı kontrol altında tutulmuş, sıcaklık visiDAQ programı ile takip edilmiştir. PID denetleyicinin ayar parametrelerinin bulunmasında genetik algoritma kullanılmıştır. Proses süresince belirlenen zamanlarda alınan numunelerin karakterizasyonunun incelenmesinin yanı sıra numunelerin % monomer dönüşümleri ve sayıca molekül ağırlıkları da hesaplanmıştır. Nanokompozit malzemelerin karakterizasyon aşamasında, yapısal, termal, mekanik ve yüzey karakterizasyon özellikleri incelenmiştir. Termal özelliklerin belirlenmesinde temogravimetrik analiz (TGA), yüzey karakterizasyonu için taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve yapısal analiz için Fourier dönüşümlü infrared spektroskopisi (FTIR) kullanılmıştır. Sertlik ölçümlerinden de mekanik özelliklerin değerlendirilmesinde yararlanılmıştır. Karakterizasyon çalışmaları sonucunda silika oranına bağlı olarak ısıl ve mekanik özelliklerin arttığı görülmüştür. Yüzey karakterizasyonunda silika partiküllerinin dağılımının homojen olmadığı ve topaklaşmalar olduğu belirlenmiştir. Karakterizasyon çalışmaları da incelenerek nanokompozit üretim metodları karşılaştırılmış ve eriyikle harmanlama metoduyla elde edilen nanokompozitlerin özelliklerinin daha iyi olduğu belirlenmiştir.