Selülozik nano/makro partiküllerle desteklenmiş stiren maleik anhidrit (SMA) kompozitlerinin köpüklendirilmesi ve karakterizasyonu

Doğal materyal destekli kompozitler, genellikle polimer matriks içerisinde çeşitli destek materyalleri kullanılarak güçlendirilmektedir. Fakat sonuçta elde edilen kompozitler yüksek yoğunluk göstermektedir. Bu davranışı iyileştirmek için, kompozitler farklı şişirme materyalleri kullanılarak (kimyasal yada fiziksel materyaller) yoğunluğu düşürmek için köpüklendirilebilmektedir. Bu çalışma da, stiren maleik anhidrit (SMA) polimer matriks olarak kullanılmıştır (kullanım oranı % 66). SMA' de maleik anhidrit graftlanma oranı 10%' dur. Destek materyali olarak odun unu, nişasta, ?-selüloz, mikrokristalin selüloz ve nanoselüloz 30% oranında polimer matriks'e eklenmiştir. Reaktif ekstrujın süresince yapışmayı engellemek için kompozitlerin hazırlanmasında 4% oranda lubrikant (farklı yağ ve asitleri içeren bir madde) eklenmiştir. Tüm materyaller kurutulduktan sonra, SMA ekstrujınla karışma süresince nano/makro partiküllerle karıştırılmıştır. Ekstrujın karışım işlemi süresince, polimer-partikül karışımı selülozun hidroksil grupları ve SMA'in maleik anhidrit grubu arasında esterleşme reaksiyonuyla oluşan yan ürün su buharı kullanılarak köpüklendirilmiştir. Elde edilen yan ürün su başlangıçta hücre oluşumunu başlatmış (hücre çekirdeklenmesi) ve karışımın tamamlanmasıyla kompozit eriğinde baloncukların büyümesini sağlamıştır. Böylece elde edilen baloncuklar, kompozit köpüklendirme dayından çıkarken düşük basıncın yardımıyla büyümeye devam etmiştir. Soğutma prosesi sonrası, SMA matriks termoplastik kompozitleri, çift vidalı ekstruder kullanılarak 220oC ve 60 devir/dk rotor hızında üretilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, en iyi köpüklenmenin SMA-Nişasta kompozitlerinde meydana geldiği belirlenmiştir. SMA-mikrokristalin selüloz kompozitlerinde kısmen köpüklendirilme sağlanabilmiştir. Bunun nedeninin, mikrokristalin selülozun kristalinitesinin yüksek olması ve SMA ile iyi bir reaksiyon sağlayamamasından kaynaklandığı belirlenmiştir. Genişleme oranlarına göre yine Nişasta-SMA kompozitleri en yüksek değeri vermiştir. Bunun sonucu olarak yoğunlukta önemli azalmalar belirlenmiştir. Elektron mikroskop sonuçlarına bakıldığında, köpük hücrelerinin dağılımının genellikle heterojen olduğu ve örnek kesitlerinde 2 kısımdan oluştuğunu göstermiştir. Ayrıca örneğin öz kısımlarında farklı çaplara ve boyutlara sahip hücreler bulunduğu ve dış tabakalara doğru hücre çaplarının ve boyutunun azaldığı belirlenmiştir. Mekaniksel özelliklere ve termal analizlere bakıldığında tüm SMA matriks kompozitlerin özelliklerinin, SMA polimer kompozitlerinin özelliklerinin gerisinde kalmıştır.