Gama ışınları ile ışınlanmış polimerlerin ısısal kararlılığı

Abstract

ÖZET Polipropilen (PP). polKvinil klorür) (PVC) ve PolKmetil metakrilat) (PMMA) polimerlerinin y - ışınları ile ışınlanması sonucu ısısal ve mekanik özelliklerinde değişmeler olduğu bilinmektedir. Bu çalışmada 0-100 kGy doz aralığında değişik dozlarda havada ışınlanmış PP, PVC ve PMMA polimer örneklerinin ısısal özellikleri İzotermal Termogravimetri(ITG)ve Diferansiyel Taramalı Kalorimetri (DSC) yöntemleri ile, mekanik özellikleri ise gerilim-uzama test yöntemi ile incelenmiştir. Oksijen atmosferinde ITG yöntemi ile yapılan ısısal çalışmalarda belirli bir dönüşüme (% ağırlık kaybına) ulaşılması için geçen sürenin doz ile azaldığı görülmüştür. PVC ve PMMA'nın ısısal kararlılığı incelenen doz aralığında sürekli azalma gösterirken, PP'nin ısısal kararlılığının 25-100 kGy doz aralığında belirgin bir değişikliğe uğramadığı görülmüştür. Isısal yönteme ek olarak yapılan DSC çalışmalarından ; PP'nin camsı geçiş sıcaklığının Tg=-5°C ışınlamadan etkilen mediği gözlenmiştir. PP'nin erime sıcaklığı ve erime entalpisi ise ışınlama ile azalmıştır. PVC'nin Tg'sinin 833 °C olduğu ve 80 kGy ışınlanması sonucu 80.8 *C a düştüğü bulunmuştur. PMMA'nın Tg' sinin ise 90 kGy ışınlama sonucu 116.0 T'dan 112,3 'C'a düştüğü görülmüştür. Gerilim-uzama test yöntemi ile yapılan mekanik çalışmalarda polimerlerin mekanik özelliklerinin doz ile değişimi incelenmiştir. PP için yapılan gerilim-uzama test sonuçlarından PP'nin mekanik özelliklerinin 0-25 kGy doz aralığında belirgin bir değişikliğe uğramadığı, 25-100 kGy doz aralığında ise artan doz ile sürekli azalma gösterdiği bulunmuştur. Ayrıca PP'nin radyasyona karşı direnci; dayanıklılık, kopmada % uzama ve gerilimII direnci değerlerinin % 50 azalma gösterdiği dozlar olarak sırasıyla 48, 70 ve 100 kGy şeklinde bulunmuştur. PVC için yapılan gerilim-uzama test sonuçlarının doz ile değişimi incelendiğinde; 15-40 kGy doz aralığında kopmadaki uzama ve dayanıklılık artan ışınlama dozu ile önce artmış. 40-100 kGy doz aralığında ise artan doz ile sürekli bir düşüş göstermiştir. Ayrıca PVC nin radyasyona karşı direnci; dayanıklılık ve % uzama değerlerinin %50 azalma gösterdiği doz değerleri olarak sırasıyla 42 ve 45 kGy olarak bulunmuştur. Gerilim direnci ise çalışılan doz sınırları içinde % 50 azalma göstermemiştir. PMMA'nın mekanik özelliklerinin 0-25 kGy doz aralığında çok az bir azalma gösterdiği, 25-100 kGy doz aralığında ise artan doz ile bir düşüş gösterdiği görülmüştür. PMMA' nın kopmada gerilim direnci ve % uzama değerleri çalışılan doz sınırları içinde % 50 azalma göstermediği için radyasyon direnci buluna mamıştır. Sadece dayanıklılık 86 kGy dozda % 50 azalma göstermiştir. Tüm bu mekanik ve ısısal yöntemlere ilave olarak yapılan FTIR, UV ve viskozİmetrik çalışmalarla da PP, PVC ve PMMA polimerlerinin y - ışınları ile havada ışınlanması sonucu bozunmaya uğradığı gözlenmiştir. Gerek mekanik özelliklerde gerekse ısısal kararlılıktaki azalmaların molekül ağırlığındaki düşüş ten kaynaklandığı görülmüştür.

III SUMMARY It is known that the irradiation of PP, PVC and PMMA with Y-rays, leads to changes in their thermal and mechanical properties. In this study, the thermal properties of PP, PVC and PMMA irradiated in air in 0-100 kGy dose range were investigated by isothermal thermogravimetry (ITG) and differential scanning calorimetry (DSC) methods and their mechanical properties were followed by stress-strain tests. It is observed that the time necessary to reach to a certain conversion (weight loss) as determined by ITG method in oxygen atmosphere decreased with dose. While the thermal stabilities of PVC and PMMA decreased continuously with dose. The thermal stability of PP at the interval of 25-100 kGy dose didn't show a significant change. The DSC studies showed that the glass transition temperature of PP (Tg=-5) wasn't effected by irradiation. The melting temperature and melting enthalpy of PP were reduced by Y-irradiation. It was found that the Tg of PVC was 833 °C and decreased to 80.8 'C after 80 kGy irradiation. It was also observed that Tg of PMMA decreased from 116.0 to 112.3 °C after 90 kGy irradiation. In the mechanical studies carried out by stress-strain tests, the change in the mechanical properties of polymers with dose was searced. No significant changes in the mechanical properties of PP at the interval of 0-25 kGy dose was observed, in the interval of 25-100 kGy dose, however they decreased continuously with dose. In addition, radiation resistivity of PP can be given as half dose value where the mechanical proper ties decreased half of their original values, thus half value doses for toughness, break strain and break stress were respectivly found to be 48, 70 and 100 kGy.IV When the change in the mechanical properties of PVC with dose was investigated by stress-strain test, it was observed that break strain and toughness initially increased in 15-40 kGy dose range. However, they decreased continuously with dose at the interval of 40-100 kGy. The radiation resistivity of PVC in terms of toughness and break strain was determined as half value doses as 42 and 45 kGy respectivly. The stress value didn't decrease to half of its original value in the dose interval studied. It was observed that the mechanical properties of PMMA decreased sligtly in an interval of 0-25 kGy but they decreased beyond 25 kGy. The radiation resisitivity couldn't be determined as values of stress at break and strain of PMMA didn't show a decrease of 50% within the dose interval studied. Only toughness decreased to the half of its initial value at a dose value of 86 kGy. In addition to thermal and mechanical studies, FTIR, UV and visco- simetric studies showed that PP, PVC and PMMA degraded as a result of irradiation with Y-rays in the air. It was observed that the decreases in both mechanical properties and thermal stability were mainly due to the decrease in the molecular weights.