POLİPROPİLEN (PP)/KALSİYUM BORAT [CA3(BO3)2]/MALEİK ANHİDRİT AŞILI POLİPROPİLEN (MA-G-PP) POLİMER KOMPOZİTİNİN FİZİKSEL VE MEKANİK ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ

Yıl 2024, Cilt: 32 Sayı: 3, 1421 - 1431

Elif Ulutaş , Münir Taşdemir

https://doi.org/10.31796/ogummf.1373982

Öz

Üretim yöntemleri açısından geniş bir yelpazeye sahip olan plastikler, kimyasal ve fiziksel özellikleri istenilen yönde değiştirilebildiği için geleneksel malzemelerin yerini almıştır. Üretim sırasında fonksiyonel dolgu katkı maddeleri kullanıldığında meydana gelen yapısal değişiklikler, yeni plastiğin birçok fiziksel özelliğinde iyileşmelere neden olmaktadır. Bor ve bor bileşiklerinin katkı maddesi olarak kullanılması, polimer kompozitlerin mekanik, ısıl, elektriksel, optik ve fiziksel özelliklerini olumlu yönde etkilemektedir. Bu çalışmada, kalsiyum borat [Ca3(BO3)2] ve maleik anhidrit aşılı polipropilenin (MA-g-PP) polipropilen polimer kompozitlerin fiziksel ve mekanik özellikleri üzerindeki etkileri incelenmiştir. Polipropilen matris; her grup için %5 oranında MA-g-PP ve farklı oranlarda (%5, 10, 15, 20) öğütülmüş kalsiyum borat partikülleri ile ekstrüderde eriyik halde karıştırılarak işlenmiştir. Ekstrüderden elde edilen karışım granüle edilerek enjeksiyon makinesi ile kalıplanmıştır. Kalsiyum boratın ergime akış indeksi (EAİ), limit oksijen indeksi (LOİ), ısıl çarpılma sıcaklığı (HDT), Vicat yumuşama noktası, nem içeriği, darbe mukavemeti, yoğunluk, sertlik, elastiklik modülü, kopma mukavemeti, akma mukavemeti ve %uzama değerleri üzerindeki etkileri incelenmiştir. Ayrıca kalsiyum boratın PP içerisindeki dağılımı ve uyumlaştırıcı ile desteklenen ara yüzey yapışması taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile gözlenmiştir. Sonuçlar, artan kalsiyum borat içeriğinin yoğunluğun, HDT ısıl çarpılma sıcaklığı, Vicat yumuşama noktası, nem içeriği, LOİ, sertlik ve elastiklik modülü değerlerinin artmasına neden olduğunu, bunun aksine EAİ, %uzama, akma mukavemeti ve kopma mukavemetinin ise azaldığını göstermiştir.

Anahtar Kelimeler

Polipropilen, Polimer kompozitler, Kalsiyum borat, Mekanik özellikler, Fiziksel özellikler

INVESTIGATION OF PHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIES OF POLYPROPYLENE (PP)/CALCIUM BORATE [CA3(BO3)2]/MALEIC ANHYDRIDE GRAFTED POLYPROPYLENE (MA-G-PP) POLYMER COMPOSITE

Öz

Plastics, which have a wide range in terms of production methods, have replaced traditional materials because their chemical and physical properties can be changed in the desired direction. The structural changes that occur when functional filler additives are used during production lead to improvements in many physical properties of the new plastic. Using boron and boron compounds as additives positively affects the mechanical, thermal, electrical, optical and physical properties of polymer composites. In this study, the effects of calcium borate [Ca3(BO3)2] and maleic anhydride grafted polypropylene (MA-g-PP) on the physical and mechanical properties of polypropylene polymer composites were examined. The polypropylene matrix was processed by mixing in molten form in the extruder with 5% MA-g-PP for each group and ground different amounts (5, 10, 15, 20%) of ground calcium borate particles. The mixture obtained from the extruder was granulated and then molded with an injection machine. The effects of calcium borate on melt flow index (MFI), limit oxygen index (LOI), head deflection temperature (HDT), Vicat softening point, moisture content, impact strength, density, hardness, modulus of elasticity, breaking strength, yield strength and % elongation values were investigated. In addition, the distribution of calcium borate in the PP and the interfacial adhesion supported by the compatibilizer were observed by scanning electron microscopy (SEM). The results showed that increasing calcium borate content caused an increase in the density, HDT thermal distortion temperature, Vicat softening point, moisture content, LOI, hardness and modulus of elasticity, whereas EAI, % elongation, yield strength and tensile strength decreased.

Anahtar Kelimeler

Polypropylene, Polymer composites, Calcium borate, Mechanical properties, Physical properties

Kaynakça

• Baig, M., Almeshari, B., Abid, A., Junaedi, H. & Almajid, A. (2024). The effect of maleic anhydride grafted polypropylene addition on the degradation in the mechanical properties of the PP/wood composites. Heliyon, 10(9). doi: https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e30510
• Bay, K. (2002). Kolemanitten zayıf asitlerle borik asit üretimi (Yüksek lisans tezi). İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
• Bilici, İ., Aygün, B., Deniz, C.U., Öz, B., Sayyed, M.I. & Karabulut A. (2021). Fabrication of novel neutron shielding materials: polypropylene composites containing colemanite, tincal and ulexite. Progress in Nuclear Energy, 141. doi: https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2021.103954
• Chae, D.W. & Kim, B.C. (2005). Characterization on polystyrene/zinc oxide nanocomposites prepared from solution mixing. Polymers for Advanced Technolgies, 16(11-12), 846-850. doi: https://doi.org/10.1002/pat.673
• Dang, Z., Fan, L., Zhao, S. & Nan, C. (2003). Dielectric properties and morphologies of composites filled with whisker and nanosized zinc oxide. Materials Research Bulletin, 38(3), 499-507. doi: https://doi.org/10.1016/S0025-5408(02)01055-3.
• Durğun, Z.G. (2010). Çeşitli kalsiyum boratların sentezi, karakterizasyonu ve alev geciktirici etkinliklerinin incelenmesi (Yüksek lisans tezi). Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara.
• Ediz, N. ve Özdağ, H. (2001). Bor mineralleri ve ekonomisi. Dumlupınar Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 2, 133-151.
• Feng, C., Zhanga, Y., Liang, D., Liua, S., Chi, Z. & Xua, J. (2015). Influence of zinc borate on the flame retardancy and thermal stability of intumescent flame retardant polypropylene composites. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 115, 224-232.
• Güldaş, A., Çankaya, A., Güllü, A., ve Gürü M. (2014). Çinko borat katkılı polipropilenin reolojik özelliklerinin belirlenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, 29(2). doi: https://doi.org/10.17341/gummfd.24326
• Güldaş, A., Güllü, A. & Çankaya, A. (2017). Determination of the rheological properties of polypropylene filled with colemanite: determination of rheological properties of PP filled with colemanite. Polymers for Advanced Technologies, 28(9), 1179-1184. doi: https://doi.org/10.1002/pat.4011
• Güzel, G., Sivrikaya, O. & Deveci, H. (2016). The use of colemanite and ulexite as novel fillers in epoxy composites: influences on thermal and physico-mechanical properties. Composites Part B: Engineering, 100, 1-9.
• Hamzah, M., Hidayah, I., Mariatti, M. & Kamarol M. (2014). Dielectric and thermal properties of flame retardant fillers in polypropylene/ethylene propylene diene monomer composites. Journal of Reinforced Plastics and Composites, 33(21), 1931-1940.
• Huang, C.K., Chen, S.W. & Wei, W.C.J. (2006). Processing and property improvement of polymeric composites with added ZnO nanoparticles through microinjection molding. Journal of Applied Polymer Science, 102(6), 6009-6016. doi: https://doi.org/10.1002/app.25195
• İnaner, N.B. (2022). Kalsiyum Borat'ın (CaB2O4) Polietilen Terafitalat'ın (PET) kimyasal bozunması üzerine inhibisyon etkisi ve Kalsiyum Borat katkılı PET'ten üretilen şişelerin mekanik davranışlarının incelenmesi (Yüksek lisans tezi), Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Kayseri.
• Katırcıoğlu Bayel, D. (2018). Alev geciktirici mineral dolgu maddeleri. Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 7(3), 1175-1179. doi: https://doi.org/10.28948/ngumuh.502401
• Kaynak, C. & Işıtman, N.A. (2011). Synergistic fire retardancy of colemanite, a natural hydrated calcium borate, in high-impact polystyrene containing brominated epoxy and antimony oxide. Polymer Degradation and Stability. 96(5), 798-807.
• Kim, H.S., Lee, B.H., Choi, S.W., Kim, S. & Kim, H.J. (2007). The effect of types of maleic anhydride grafted polypropylene (MAPP) on the interfacial adhesion properties of bio-flour-filled polypropylene composites. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 38(6), 1473-1482.
• Kocayavuz, Ö. (2021). Kalsiyum borat Ca3B2O6 katkılı pet’in kimyasal bozunma davranışı ile kalsiyum borat/pet kompozitten üretilen şişelerin mekanik davranışlarının incelenmesi (Yüksek lisans tezi). Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Kayseri.
• Özkan, Ş.G., Çebi, H., Delice, S. ve Doğan, M. (1997). Bor Minerallerinin Özellikleri ve Madenciliği, 2. Endüstriyel Hammaddeler Sempozyumu, 224-228, İzmir.
• Öztürk, M. (2018). Bor minerali atığı katkılı polipropilen kompozit malzemelerin mekanik ve tribolojik özelliklerinin incelenmesi (Yüksek lisans tezi). Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Sakarya.
• Ramazani, S.A.A., Rahimi, A., Frounchi, M. & Radman, S. (2008). Investigation of flame retardancy and physical–mechanical properties of zinc borate and aluminum hydroxide propylene composites. Materials & Design, 29(5), 1051-1056.
• Saylan, T. (2010). Pa6 kompozitlerinin termal, mekanik ve tribolojik özelliklerinin incelenmesi (Yüksek lisans tezi). Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Sakarya.
• Silveira, P.H.P.M., Santos, M.C.C., Chaves, Y.S., Ribeire, M.P., Marchi, B.Z., Monteiro, S.N., … Bastos, D.C. (2023). Characterization of thermo-mechanical and chemical properties of polypropylene/hemp fiber biocomposites: impact of maleic anhydride compatibilizer and fiber content. Polymer, 15(15), doi: 10.3390/polym15153271
• Soykan, U. & Valiyeva, F. (2020). The effect of colemanıte addıtıon on the mıcrostructural and mechanıcal characterıstıcs of IPP. Eskişehir Technical University Journal of Science and Technology A - Applied Sciences and Engineering. 21, 28-39.
• Şahin, T. (2011). Mechanical and thermal properties of colemanite filled polypropylene. Raw Materials And Applications, 64(9), 16-21.
• Tjong, S.C & Liang, G.D. (2006). Electrical properties of low-density polyethylene/ZnO nanocomposites. Materials Chemistry and Physics, 100(1), 1-5. doi: https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2005.11.029
• Tombal, T.D., Özkan, Ş.G., Ünver, İ.K. ve Osmanlıoğlu, A.E. (2016). Bor bileşiklerinin özellikleri, üretimi, kullanımı ve nükleer reaktör teknolojisinde önemi. Bor Dergisi, 1(2), 86-95.
• Topçu, U. ve Soyhan, H.S. (2022). Bor mineralinin yangın geciktirici etkileri. Uluslararası Yakıtlar Yanma Ve Yangın Dergisi, 10(1), 28-37 doi: https://doi.org/10.52702/fce.1039589
• Topçuoğlu, E. (2016). Preparation and characterization of polymer composites containing boron compounds (Yüksek lisans tezi). Orta Doğu Teknik Üniversitesi Uygulamalı Bilimler Enstitüsü, Ankara.
• Ulutaş, E. & Taşdemir, M. (2023). Effect of UV aging on the physical properties of polypropylene/zinc borate polymer composites. Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 12(1), 97-103. doi: https://doi.org/10.17798/bitlisfen.1195035
• Uygunoğlu, T., Güneş, I. & Brostow, W. (2015). Physical and mechanical properties of polymer composites with high content of wastes ıncluding boron. Materials Research, 18(6), 1188-1196.
• Üreyen, M.E. & Kaynak, E. (2019). Effect of zinc borate on flammability of pet woven fabrics. Advances in Polymer Technology, 1-13. doi: https://doi.org/10.1155/2019/7150736
• Xu, Y., Brittain, W. J., Xue, C. & Eby, R.K. (2004). Effect of clay type on morphology and thermal stability of PMMA–clay nanocomposites prepared by heterocoagulation method. Polymer, 45(11), 3735-3746. doi: https://doi.org/10.1016/j.polymer.2004.03.058
• Yang, K., Yang, Q., Li, G., Sun, Y. & Feng, D. (2006). Morphology and mechanical properties of polypropylene/calcium carbonate nanocomposites. Materials Letters, 60(6), 805-809. doi: https://doi.org/10.1016/j.matlet.2005.10.020
• Yerlesen, U. & Taşdemir M. (2015). Effect of zinc oxide and zinc borate on mechanical properties of high density polyethylene. Romanian Journal Of Materials, 45(4), 364-369.