Termoplastik polimerler için antistatik katkılar geliştirilmesi ve uygulamaları
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa, Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, KİMYA MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2020
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: HÜSNÜ KEMAL GÜRAKIN
Danışman: HÜSEYİN DELİGÖZ
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Sabit diskler ve anakartlar gibi elektronik cihazların ambalajları üzerinde biriken statik yükler kısa devre oluşumu gibi ciddi problemlere neden olabilmektedirler. Ambalaj endüstrisinde kullanılan polimerlerin büyük çoğunluğu elektriksel olarak yalıtkandır. Pek çok uygulama alanına sahip olan polietilen tereftalatın (PET) nispeten daha az polar moleküler yapısı, hidrofobikliğe neden olmasının yanı sıra PET esaslı ürün ve ambalaj malzemelerinin üzerinde statik yüklerin birikmesine de sebep olmaktadır. Tez çalışması kapsamında, PET film uygulamalarında kullanılmak üzere düşük bağıl nem ortamında da antistatik etki gösterebilen kopolimerler sentezlenmiştir. Polieter blok ester esaslı olan bu kopolimerlerin yapısında polar ve hidrofilik segmentler bulunmaktadır. Tez çalışmasında, hazırlanan kopolimerler içerisinden yüzey direnci ve işlenebilirliği açısından en uygun olanı seçilmiş olup (BK7), bu kopolimer kuaternizasyon ve iyonik sıvı katkılama yöntemleri ile modifiye edilmiştir. Sentezlenen kopolimerlerin karakterizasyonu FTIR, DSC, XRF, XRD ve TGA yöntemleri ile gerçekleştirilmiştir. Bu analizler neticesinde kopolimer sentezinin başarı ile gerçekleştiği ve sentezlenen kopolimerlerin PET ekstüzyon uygulamasında kullanılabilmek için yeterli ısıl özelliklere sahip olduğu sonucuna ulaşılmıştır. Daha sonra bu kopolimerler (BK7, BK7-IL ve BK7-Q) ile çift vidalı ekstrüder kullanılarak PET matrisli masterbatchler üretilmiştir. Bu masterbatchlerin karakterizasyonları ise filtre basıncı ve eriyik akış endeksi yöntemleri ile gerçekleştirilmiştir. Masterbatchlerin hazırlanmasının ardından tek vidalı dökme film ekstrüderi ile farklı konsantrasyonlarda kopolimerler içeren PET filmler üretilmiştir. Blok kopolimer esaslı antistatik katkı içeren bu filmlerin yüzey direnci ölçülerek antistatik özellikleri incelenmiştir. Bu filmler daha sonra iklimlendirme kabininde belirli koşullarda bekletilerek nem ve sıcaklığa bağlı yüzey dirençlerindeki değişimler takip edilmiştir. Hazırlanan antistatik filmlerin yüzey karakterizasyonu SEM ve temas açısı ölçümüyle gerçekleştirilmiştir. Spektrofotometre yardımıyla pusluluk ve ışık geçirgenliği ölçümleri yapılarak filmlerin optik özellikleri incelenmiş ve mekanik özelliklerin belirlenmesi amacıyla da hazırlanan bu filmlerin kopma uzaması ve kopma kuvveti analizleri gerçekleştirilmiştir. Tezde hazırlanan blok kopolimer esaslı antistatik filmlere alternatif olarak karbon esaslı katkılar da denenmiştir. Bu kapsamda, ticari çok duvarlı karbon nanotüpler kullanılarak PET filmler üretilmiş ve bu filmler yüzey direnci ve morfolojisi açısından antistatik kopolimer esaslı filmler ile karşılaştırılmıştır. Hazırlanan antistatik filmlerden gerçekleştirilen ölçümler sonucunda kopolimer katkılı filmlerin yüzey direnci değerlerinin 109–1010 Ω/sq arasında olduğu belirlenmiş ve katkılama sayesinde, PET filmin yüzey direnci değerinin yaklaşık 106 kat iyileştiği gözlemlenmiştir. Hazırlanan filmler içerisinden BK7-IL ve iyonik sıvı katkılı filmlerin diğer filmlere göre yüzey direnci, kristalinite, temas açısı ve kopma kuvveti değerlerinin daha düşük olduğu belirlenmiştir. Örneğin, ağırlıkça yüzde 15 oranında BK7-IL kopolimeri katkılı PET filmin yüzey direnci 6,9 x 109 ohm/sq ve temas açısı değeri ise 62,1º olarak ölçülmüştür. Buna ilave olarak, ağırlıkça %5 oranında iyonik sıvı ile üretilen filmlerin yüksek ışık geçirgenliği ve şeffaflığa sahip olduğu tespit edilmiştir. Hazırlanan %5 iyonik sıvı katkılı PET filmin (PET/IL) yüzey direnci değeri 9,6 x 109 ohm/sq olarak ölçülürken pusluluk değeri ise sadece %2,2 olarak belirlenmiştir. Isıl analizlerden elde edilen verilere göre tüm antistatik filmlerin ~350 ºC'ye kadar ısıl olarak stabil olduğu sonucuna ulaşılmıştır. %10 oranında BK7-IL katkılı antistatik film ile katkısız PET filmin ısıl bozunma sıcaklıkları sırasıyla 396 ºC ve 415 ºC olarak hesaplanmıştır. Bunun yanında, son üründe ağırlıkça %2,25 oranında çok duvarlı karbon nanotüp içeren PET filmin yüzey direnci değeri 7 x 106 ohm/sq olarak ölçülmüştür. Çok duvarlı karbon nanotüp içeren antistatik filmler kopolimer içeren PET filmlere göre daha yüksek iletkenliğe sahip olmasına rağmen görünümlerinin siyah ve mat olması, nanotüplerin PET matris içerisinde dispersiyonunun zor ve filmin yüzeyinin pürüzlü olması gibi bazı dezavantajları bulunmaktadır. Sonuç olarak, tez çalışmasında sentezlenen katkılar ile üretilen PET matrisli kompozit filmlerin ısıl, antistatik, optik ve mekanik özellikler bakımından antistatik ambalaj filmi olarak kullanılabilme potansiyeline sahip olduğu belirlenmiştir. Anahtar kelimeler: Antistatik, Polieter blok ester, Kopolimer, İyonik Sıvı