Novel low shrinkage thermoplastic olefins with cool pigments additives: Design, preparation and performance evaluation

Abstract

Günümüzde çevre sağlığına tehdit oluşturan en önemli etmenlerden biri özellikle yaz günlerinde bina ve arabalarda aşırı klima kullanımından kaynaklanan enerji tüketimidir. Özellikle uzun süre güneş altında bekleyen arabaların iç kısımlarında kullanılan siyah parçalar tarafından emilen güneş ışığı arabanın iç ısısını çok arttırmakta ve aşırı klima kullanımını neden olmaktadır. Diğer poliolefin malzemelere oranla daha iyi elastomerik özellikler gösteren Termoplasitk olefinler (TPO), arabaların iç kısımlardaki ön konsol, gösterge paneli ve torpido gibi alanlarda kullanılan en yaygın polimer malzemedir. Bu malzemelerin üretimi sırasında karşılaşılan en önemli zorluklardan biri, TPO'ların kalıp çekmesini kontrol etmektir çünkü bu parçalar çok yüksek en-boy oranına sahiptir. Bu nedenle, bu tez bahsi geçen iki sorunu ele almakta ve ortak ideal bir çözüm aramaktadır. Tezin amacı, düşük yüzey sıcaklığı ve kalıp çekmesine sahip siyah renkli termoplastik olefin malzemeler elde etmektir. Bu nedenle, tezin ilk bölümünde, çeşitli fiziksel / mekanik özelliklere sahip plastomerlerin bir poliolefin faz içerisine eritilerek karıştırılmasıyla düşük kalıp çekmesine sahip TPO malzemelerinin hazırlanmasını üzerine çalışılmıştır . Plastomerlerin yapı-fonksiyon ilişkisi çalışması sonucunda, en düşük kristalleşme derecesine sahip plastomerin katılmasıyla en düşük kalıp çekmesine sahip TPO malzeme elde edilmiştir. Tezin ikinci bölümünde ise, yakın kızılötesi (NIR) ışınları yansıtıcı ve geçirici özelliklere sahip soğuk siyah pigmentlerin, en düşük kalıp çekmesine sahip TPO malzeme formülüne katılmasıyla soğuk siyah yüzeye sahip TPO malzemeler oluşturmaya odaklanmıştır. Yüzey sıcaklığı, yüzeyden yansıma ve fiziksel/mekanik özelliklerin değerlendirilmesinden sonra, MIX_5, geleneksel siyah pigmentlere göre yüzey sıcaklığında %28,5 düşüş ve akışa paralel ve dik yönlerde sırasıyla % 0,61 ve %0,1 değerlerinde kalıp çekmeye sahip optimum TPO bileşiği elde edilmiştir.

Energy consumption due to the excessive use of air conditioning especially in hot summer days, in buildings and vehicles is one of the most important considerations about environmental health. Particularly, the heat accumulated in the inner black parts used in vehicles due to the absorbed solar light highly contributes to the use of excessive air conditioning and causes the overheating inside the vehicle. Thermoplastic olefins (TPOs) is the most commonly used polymeric material in automotive industry, in these inner parts such as trim and dashboards, due to their better elastomeric properties. Another challenging problem during the production of these materials is to control the mold shrinkage of TPOs since these parts have very high aspect ratio. So, this thesis treats these two problems and try to find an optimum combined solution. The aim is to obtain thermoplastic olefin materials having black color with cool surface and low mold shrinkage. Therefore, first part of the thesis engaged in preparation of TPO formulations with low mold shrinkage by melt blending plastomers which have various physical/mechanical properties into a polyolefin phase. As a result of the structure-function relationship study of plastomers, the TPO material with lowest mold shrinkage is obtained with the incorporation of plastomer having lowest crystallinity. Then, second part of the thesis focused on generation of cool black surface by incorporation of cool black pigments which have near-infrared (NIR) reflective and transparent properties into the formulation of TPO material with lowest mold shrinkage. After evaluation of surface temperature, reflectance and physical/mechanical properties, MIX_5 is considered as the optimum TPO compound having 28.5% decrease in surface temperature compared to conventional black pigments and with mold shrinkage values in parallel (0,61%) and perpendicular (0,11%) to flow direction.