SEBS esaslı termoplastik elastomer ile uyumlaştırılmış ve nanokil takviyeli polipropilen nanokompozitlerin üretimi

Polimer nanokompozitler (PNC) sahip oldukları üstün özellikleriyle akademi ve endüstriyel alanda dikkatleri üzerine çekmekte ve kullanım alanları her geçen gün hızla genişlemektedir. Küçük miktarda nanodolgu kullanımı ile polimer matrise ait mekanik, ısıl, elektrik, optik, gaz geçirgenlik gibi özellikler önemli derecede geliştirilebilmektedir. Polipropilen (PP) ucuz maliyeti, düşük yoğunluğu ve kolay işlenebilirliği ile en çok kullanılan termoplastik polimerler arasında yer almaktadır. Ancak, düşük darbe direnci ve tokluk değerlerine sahip olması polipropilenin uygulama alanını kısıtlamaktadır. Polipropilenin düşük darbe direnci ve tokluk değerleri, çeşitli dolgularla takviye edilerek veya elastomerik polimerle modifiye edilerek geliştirilebilmektedir. Bu çalışmada, polipropilenin darbe direncini ve tokluğunu arttırmak için farklı geometrilere sahip nanokil ve stiren-b-etilen/butilen-b-stiren (SEBS) esaslı termoplastik elastomer uyumlaştırıcılar kullanılmıştır. Çalışmanın ilk bölümünde, doğal bir nano dolgu olan Halloysit nanotüp (HNT) ve maleik anhidrit aşılanmış SEBS (SEBS-g-MA) içeren polipropilen esaslı nanokompozitleri farklı iki yöntemle hazırlanarak, üretim yöntemlerinin nanokompozit özellikleri üzerine etkileri araştırılmıştır. Halloysit içi boş tüpsü yapıda doğal bir inorganik nanodolgudur. Polimer-nanodolgu arasındaki etkileşimin arttırılması için, HNT'ler setiltrimetilamonyum bromür (CTAB) kuaternize amonyum tuzu ile kriyoskopik genişletme yöntemi kullanılarak, organofilik yüzey modifikasyonu gerçekleştirilmiş halloysit (Org-HNT) elde edilmiştir. Nanokompozitler dahili karıştırıcı içerisinde eriyik harmanlama ile eş zamanlı ve masterbatch (dolgu konsantresi) esaslı olmak üzere farklı iki yöntemle hazırlanmıştır. Masterbatch esaslı yöntemde, HNT/SEBS-g-MA oranı 1/3 olarak seçilmiştir. Masterbatch bileşenleri, tetrahidrofuran (THF) çözücüsü içerisinde santrifujsel devir/planetary rotasyon tip yüksek hızlı karıştırıcı (high shear mixer) kullanılarak dağıtılmıştır ve daha sonra elde edilen masterbatch eriyik harmanlama yöntemi kullanılarak PP matisle harmanlanmıştır. Üretim yönteminin nanokompozitlerin morfolojik, mekanik ve ısıl özellikleri üzerine olan etkileri detaylı şekilde analiz edilmiştir. Masterbatch yöntemi ile hazırlanan nanokompozitlerin eş zamanlı yöntem ile hazırlanan nanokompozitlere göre daha iyi nanodolgu ve elastomer dağılımı gösterdiği ve masterbatch esaslı yöntem ile hazırlanan kompozitlerin daha gelişmiş ısıl ve mekanik özellikler sergilediği belirlenmiştir. Hazırlanan nanokompozitler arasında ağırlıkça %3 HNT ve %9 SEBS-g-MA içeren kompozisyon ile, saf PP ile kıyaslandığında yaklaşık %200 daha fazla darbe direnci elde ederek sertlik ve tokluk arasında iyi bir denge sağlanmıştır. Çalışmanın ikinci bölümünde, revolüsyon/rotasyon yüksek hızlı karıştırıcı kullanılarak farklı Org-HNT/SEBS-g-MA oranlarında (1/1, 1/2 ve 1/3) masterbatchler üretilmiş ve Org-HNT/SEBS-g-MA oranının, Org-HNT/SEBS-g-MA/PP nanokompozitlerinin mekanik ve ısıl özellikleri üzerine etkisi analiz edilmiştir. Bu amaçla her bir masterbatch için ağırlıkça %1, %3 ve %5 Org-HNT içeren polipropilen nanokompozitler eriyik harmanlama yöntemi ile üretilmiştir. Hazırlanan bütün nanokompozitler dinamik mekanik analiz (DMA) testlerinde düşük sıcaklıklarda saf PP ile karşılaştırıldığında daha yüksek depolama modülü değerleri sergilemiştir. HNT/SEBS-g-MA oranı 1/3 olan nanokompozitler göreceli daha yüksek sönümleme değerleriyle etkili sönümleyici olarak davranmışlardır. Kısa süreli sünme testleri performansları incelendiğinde, %1 ve %3 Org-HNT ve %9 'dan daha düşük SEBS-g-MA içeren kompozitlerde boyutsal kararlılığın arttığı ve saf PP'e göre daha düşük sünme gerinimi ve kalıcı deformasyon oluştuğu görülmüştür. %3 Org-HNT ve %9 SEBS-g-MA içeren nanokompozit çok geniş bir sıcaklık aralığnda (-70°C ile 50ºC aralığı) etkili sönümleme gerçekleştirmekle birlikte, düşük sıcaklıklarda göreceli daha yüksek depolama modülü ve daha düşük kalıcı sünme gerinimi sergilemiştir. Çalışmanın üçüncü bölümünde, öncelikle SEBS-g-MA elastomerik uyumlaştırıcısı üzerinde bulunan maleik anhidrit fonksiyonel grupları, poli(etilen oksit) (PEO) molekülü ile modifiye edilerek yeni bir uyumlaştırıcı olan PEO aşılanmış SEBS (SEBS-g-PEO) sentezlenmiştir. Üretilen yeni uyumlaştırıcının performansının değerlendirilmesi için PP ve montmorillonit (MMT) içeren PP/SEBS-g-PEO/MMT ve PP/SEBS-g-MA/MMT nanokompozitleri eriyik harmanlama ile hazırlanmıştır. PEO molekülünün SEBS üzerine aşılanmasının morfolojik, mekanik ve ısıl özellikler üzerine etkisi SEBS-g-MA ile karşılaştırılmalı olarak analiz edilmiştir. SEBS-g-PEO ile hazırlanan nanokompozitler SEBS-g-MA ile hazırlanan nanokompozitlere göre daha yüksek tokluk, ısıl kararlılık ve sünme direnci sergilemiştir. SEBS-g-PEO içeren nanokompozitin sönümleme parametresi de, göreceli olarak daha geniş bir sıcaklık aralığında daha yüksek bulunmuştur. Bu da SEBS-g-PEO toklaştırıcı/uyumlaştırıcı sisteminin diğer bir avantajı olmuştur. PP blend ve nanokompozitlerin temas açısı değerleri, saf hidrofobik PP ye göre daha düşük değerler almıştır ve bu sonuç PP esaslı malzeme üretimindeki boyama ve kaplama gibi son ürün proseslerinde istenen bir durumdur.