Çekirdekleştiricilerin polipropilen nihai ürün özelliklerine etkilerinin incelenmesi

Abstract

Polimerlerin yoğun bir şekilde kullanılmasının temel nedenlerinden biri ısı ve basınç altında kolayca şekillendirilebilmeleri ve özelliklerinin katkı ve dolgu maddeleri kullanılarak değiştirilebilmesidir. Şekillendirme esnasında ısı etkisiyle ergiyen doğrusal bir polimer yüksek sıcaklıklarda amorf yapıda ve polimer zincirleri rastgele yönlenmiştir. Düşük sıcaklıklarda ise katı halde olan polimer yapının soğutulmasıyla, polimer zincirleri enerji düzeylerini düşürmek amacıyla bir düzen içerisine girmeye (kristallenmeye) çalışırlar. Bu esnada polimer zincirlerinin entropileri daha yüksek olduğu için rastgele bir dizilimde de kalmaya eğilimlidir. Belirli bir düzene girmek isteyen zincirlerle rastgele bir dizilimde kalmak isteyen zincirler bir noktada dengelenir. Bu dengelenmeyle birlikte polimer içerisinde belirli oranlarda kristal yapı oluşur.Kristal oluşumu (kristalizasyon) homojen ve heterojen olarak iki farklı şekilde meydana gelebilir. Homojen kristalizasyonda, polimer katılaşma sırasında kendiliğinden kristallenir. Kristallerin büyümesinin tamamlanmasıyla ve katılaşmanın sona ermesiyle homojen kristalizasyon tamamlanır. Heterojen kristallenme de ise; polimer içerisinde yer alan ve kristallenmeyi arttırıcı veya başlatıcı bir maddenin/katkının etrafında kristallenme başlar. Polimer zincirleri bu partiküllerin etrafında oryante olarak kristal büyümesi sürecine girerler. Heterojen kristallenmede kristallenmeyi başlatmak amacıyla kullanılan katkılar çekirdekleştirici ajan (ÇA) şeklinde isimlendirilmektedir. Pek çok araştırmacı tarafından ÇA' ların katıldıkları malzemenin kristallenmesini arttırdıkları ifade edilmiştir. ÇA katıldıkları malzemelerde, kristal çekirdek oluşum hızını, sayısını ve sferülitlerin boyutunu etkilemekte ve buna bağlı olarak malzemeler daha iyi mekanik ve görsel özellikler (şeffaflık) göstermektedir.Bu çalışmada Polipropilen (PP) hammadde içerisine farklı oranlarda ÇA' lar katılarak farklı geometrilere sahip ürünler ve test numuneleri, enjeksiyon ve ekstrüzyon yöntemleri kullanılarak üretilecektir. PP yapı içerisine katılan, ÇA katkı oranlarının kristallenme, mekanik özelliklerin iyileştirilmesi, şeffaflığın arttırılması gibi nihai ürün özelliklerine olan etkilerinin belirlenmesi amaçlanmaktadır. Üretim sonrasında ürünlere ÇA katkısının etkisinin belirlenmesi amacına uygun olarak malzemelere mekanik ve ısıl testler uygulanacaktır. ÇA'ların mikroyapıya olan etkisinin belirlenmesi amacıyla taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile mikroyapı görüntülemeleri gerçekleşirilecektir.

One of the main reasons for the intensive use of polymers is that they can be easily shaped under heat and pressure and that their characteristics can be changed by using additives and fillers. A linear polymer melting under the heat effect while shaping has an amorphous structure at high temperatures, and its polymer chains are randomly oriented. By cooling the solid polymer structure at low temperatures, the polymer chains try to be in an order (crystallize) to reduce the energy levels. In the meantime, the polymer chains tend to remain in a random sequence since their entropies are higher. The chains that want to be in a certain order and the chains that want to remain in a random sequence are balanced at a point. With this balancing, a crystal structure is formed at certain ratios in the polymer.Crystallization may occur in two different forms, being homogeneous and heterogeneous. In homogeneous crystallization, the polymer spontaneously crystallizes during hardening. Homogeneous crystallization is completed with the completion of the growth of crystals and with the termination of hardening. In heterogeneous crystallization, crystallization begins around a material/additive that is found in the polymer and increases or initiates crystallization. The polymer chains are oriented around these particles and enter the process of crystal growth. The additives used to initiate crystallization in heterogeneous crystallization are named a nucleating agent (NA). It has been stated by many researchers that NAs increase the crystallization of the material to which they are added. NAs affect the rate of the crystal nucleus formation, the number of crystal nuclei, and the size of crystal spheres in the materials they are added into, and accordingly, the materials exhibit better mechanical and visual characteristics (transparency).In this study, products and test samples with different geometries will be produced by using the injection and extrusion methods by adding NAs at different ratios into the polypropylene (PP) raw material. It is aimed to determine the effects of the ratios of NA additions into the PP structure on the final product characteristics, such as crystallization, improvement of mechanical properties, and an increase in transparency. Mechanical and thermal tests will be applied to the materials in order to determine the effect of the NA addition to the products after production. Microstructure imaging will be performed with a scanning electron microscope (SEM) to determine the effect of NAs on the microstructure.