Poli (epiklorohidrin-ko-etilen oksit-ko-allil glisidil eter) elastomerlerinin ısıl yaşlanma özelliklerine antioksidanların etkisi
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Hacettepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Polimer Bilimi Ve Teknolojisii A.B.D., Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2024
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: CEREN GÖKTAŞ
Danışman: Murat Şen
Özet:Elastomerler genellikle sıcaklık değişimlerine karşı oldukça hassastır ve bu değişimler, malzemenin kimyasal ve fiziksel özelliklerinde bozulmalara neden olabilir. Epiklorohidrin elastomerlerinin molekül yapıları doymuş olduğu için ozon ve oksidasyon dirençleri çok iyidir. GECO olarak kısaltılmış Poli (epiklorohidrin-ko-etilen oksit-ko-allil glisidil eter) (P(ECH-ko-EO-ko-AGE)) terpolimeri, mükemmel düşük sıcaklık ve çok iyi yakıt, ozon ve hava koşulları direncine ve ek olarak daha iyi bir bozunma direncine sahiptir. Isıl yaşlanma, elastomerlerde malzemenin esnekliğinin azalması, mekanik özelliklerinin zayıflaması veya malzemenin oksidatif bozunmalar sonucu kırılganlaşması gibi çeşitli olumsuz etkilere yol açabilir. Bunun yanı sıra, sıcaklık değişimleri elastomerlerin kimyasal yapısını da etkileyebilir, bu da malzemenin dayanıklılığını azaltabilir ve ömrünü kısaltabilir. Elastomerlerin sıcaklık direnci veya ısıl yaşlanma süreçlerine katkıda bulunması için hazırlanan reçetelere antioksidan olarak ifade edilen ısıl kararlı kılıcı/yaşlanma önleyici kimyasallar eklenmektedir. Antioksidanlar elastomerlerin üretimi sırasında kauçuk esaslı malzemelerin performansını artırmak, yaşlanmayı geciktirmek ve hizmet ömrünü uzatmak için yaygın olarak kullanılır. Antioksidanlar, elastomerin oksidatif bozulmasını önleyerek veya yavaşlatarak ısıl yaşlanma sürecini geciktirirler veya engellerler. Bu, durum kauçuk malzemenin ömrünü uzatır ve performansını korur. Ancak, antioksidanların optimum kullanım miktarı ve tipi,elastomerin özelliklerine, uygulama gereksinimlerine ve işleme koşullarına bağlı olarak değişebilir. Bu durum elastomerlerin termal kararlılığı ve performanslarını belirleyen önemli bir faktördür. Bu tez çalışmasında, 2,2,4-Trimetil-1,2-Dihidrokinolin (TDQ) ve N-(1,3-Dimetilbütil)-N'fenil-P-Fenilendiamin (6PPD) antioksidanlarının Poli (epiklorohidrin-ko-etilen oksit-ko-allil glisidil eter) esaslı elastomerlerin termal yaşlanma karakteristiğine etkisi, termo-oksidatif yaşlanma öncesi ve sonrası olmak üzere iki aşamada ve çok yönlü olarak incelenmiştir. Kauçuk endüstrisinde yaygın olarak kullanılan bu iki tip antioksidanın P(ECH-ko-EO-ko-AGE) elastomerlerinin yaşlanma öncesi ve sonrası reolojik, fiziksel ve mekanik özelliklerine etkisi incelenerek kıyaslanmıştır. Yaşlanma sırasında malzeme yapısında gerçekleşen değişimler, yaşlanma süresine de bağlı olarak mekanik analiz teknikleri ile değerlendirilmiş, antioksidan tipleri ve oranları ile de ilişkilendirilerek yaşlanma mekanizmaları aydınlatılmıştır. Yapılan testler, 2 phr TDQ kullanımının elastomerlerin termal yaşlanmaya bağlı mekanik dayanıklılığını arttırmak için en etkili seçenek olabileceğini göstermektedir. 6PPD kullanımında ise özellikle, 1 phr antioksidan kullanımında elastomerlerin kopma dayanımını ve kopmadaki uzama değerlerini uzun yaşlandırma süresi boyunca önemli ölçüde koruduğu gözlenmiştir. Bu oranın, elastomerlerin uzun dönem termal yaşlanma dayanıklılığını arttırmak için etkili bir oran olduğu görülmüştür. Antioksidan kullanımı referans örneğin (antioksidan içermeyen örneğin) çapraz bağ yoğunluğunda bariz bir koruma sağlamıştır. Isıl yaşlanma sırasında oksidatif bozunma meydana geldiğinden çapraz bağ yoğunluğunda ve polimer ana zincirinde bozunmalar meydana gelmektedir. Antioksidan katkısı ile termo-oksidatif bozunma sırasında oksijenin polimerin üç boyutlu ağ yapısına saldırmadan bir miktar elimine edildiği ve polimer ana zincirindeki bozunmayı minimize ettiği dolayısıyla kullanılan elastomerlerin termal kararlılığını arttırdığı çıkarımı yapılabilir. Antioksidan tipi ve oranının P(ECH-ko-EO-ko-AGE) elastomerinin kullanım ömrüne etkisinin incelenmesi amacıyla mekanik testler sonucunda elde edilen kopma uzama değerlerinin %20 ve %40 oranındaki azalma noktaları eşik değer olarak kabul edilip ömür süresi tahmini yapılmış sonrasında P(ECH-ko-EO-ko-AGE) elastomerinin oda sıcaklığı ve atmosferik koşullardaki ömür süresi Arrhenius eşitliği kullanılarak hesaplanmıştır. Hesaplamalar sonucunda antioksidan kullanımı ile antioksidan katkılı elastomerlerin ısıl kararlılığının ve dolayısıyla ömürlerinin arttığı referans örneğe kıyasla 1 phr 6PPD kullanımı ile mekanik özelliklerin 25℃'de %20 azalması için gerekli süre 25,6 yıl (referans örnekte; 1,9 yıl), %40 oranında azalması için ise 18,8 yıl (referans örnekte; 2,6 yıl) olarak hesaplanmıştır. 3 phr TDQ içeren elastomer örneklerinin 25℃'de özelliklerin %20 oranında azalması için gerekli süre 182 yıl olarak tespit edilmiş ve aynı zamanda antioksidan kullanılması durumunda mekanik özelliklerin oda sıcaklığında %40 oranında kaybedilmesi için geçen süre açısından da bir iyileşme yarattığı görülmüştür. 6PPD ve TDQ antioksidanlarının her ikisinin de P(ECH-ko-EO-ko-AGE) elastomerlerinin ısıl kararlığını ve ömrünü önemli ölçüde arttırdığı ve elastomeri oda sıcaklığında (25 ℃) 100 yıl gibi çok uzun süreler kullanılabilecek bir malzeme formuna dönüştürülebileceği tespit edilmiştir. Elastomerlerin daha yüksek sıcaklıklardaki (örneğin askeri uygulamalar) için kullanım ömürlerini belirlemek amacı ile 70 ℃ sıcaklık için de ömür süreleri hesaplanmıştır. 6PPD ve TDQ ile katkılanmış P(ECH-ko-EO-ko-AGE) elastomerinin 70 ℃ sıcaklıktaki ömür sürelerinin oda sıcaklığına kıyasla çok daha düşük olduğu ancak yine antioksidan katkısı ile ömür sürelerinin referans örneğe kıyasla arttırılabileceğini göstermiştir. Antioksidan içermeyen bir P(ECH-ko-EO-ko-AGE) elastomerinin mekanik özelliklerini 70 ℃ sıcaklığında yaklaşık 22 gün sonunda %20 oranında 45 günün sonunda da %40 oranında kaybedebileceği bulunmuştur. Öte yandan örneğin 3 phr oranında TDQ kullanımı ile elastomerin %40 oranındaki mekanik özelliklerdeki kaybı 546 güne çıktığı ve ömür süresinin 12 kat arttığı görülmektedir. Bu çalışma elastomer reçetelerine ısıl kararlı kılıcı (antioksidan) yardımcı kimyasalların eklenmesinin elastomerin kullanım ömrü göz önüne alındığında kaçınılmaz olduğunu göstermiştir.