3. MATERYAL ve YÖNTEM
3.3. Poliester-Kil Nanokompozit İplik Üretiminde Kullanılan Materyal ve İzlenen
3.3.1. Poliester-Kil Nanokompozit İplik Üretiminde Kullanılan Materyal
Poliester-kil nanokompozit iplik üretiminde nanokil olarak Nanocor’un ürettiği Nanomer I30P ve Nanomer I44P kullanılmıştır. Nanokiller Nanocor’un Türkiye temsilcisi olan Desi Kimya ve Maden Sanayi A.Ş. firmasından tedarik edilmiştir.
Kullanılan nanokillerin özellikleri Çizelge 3.2’de verilmektedir.
Çizelge 3.2. Tez Çalışmasında kullanılan nanokillerin özellikleri
Nanocor’un Nanomer’i
Organik Bileşik
d001, nm
Yoğunluk (g/cm3)
H2O (%)
Uygun Polimer Matrisi
Yakma ağırlık kaybı, %
Partikül boyutu, mikron
I.30P ODA 2,3–
2,5 1,7 2
Polyone masterbatchları C.30P, C.30PE,
C.30EVA
25–30 15–20
I44P 2M2HT 2,56 2
Polyone masterbatchları C.30P, C.30PE,
C.30EVA
30-35 15–20
ODA – oktadesil amin; 2M2HT – dimetil dihidrojenlenmiş hidrokarbon zinciri amonyum klorür, zincir uzunluğu C14-C18 arasında değişmektedir.
Masterbatch çalışmalarında taşıyıcı olarak IV değeri 0,80 dL/g olan poli(butilen tereftalat) PBT kullanılmıştır. Masterbatch aşamasında nanokil ve PBT’nin iyi karışması için PBT’de toz halinde kullanılmıştır. Bunun dışında dispersiyona yardımcı kimyasallar olarak Bruggolen 130 vaks ve adezyon geliştirmek için Bruggolen P60 yağlayıcı kullanılmıştır.
Poliester-kil iplik çekiminde ise IV değeri 0,64 dL/g olan poli(etilen tereftalat) PET kullanılmıştır. Tez çalışması süresince Korteks İplik Mensucat A.Ş firmasında üretilen PET kullanılmıştır.
3.3.2. Poliester-Kil Nanokompozit İplik Üretiminde İzlenen Yöntem
Doktora tezi çalışmasında PET-kil nanokompozit üretiminde masterbatch yöntemi kullanılmıştır. Masterbatchlar Korteks Mensucat San. Tic. A.Ş. firmasında bulunan ve Leistritz firması tarafından üretilen ters yönde dönen çift burgulu (T-ÇBE) ZSE 27 MAXX tipi masterbatch ekstruderi kullanılmıştır. T-ÇBE’nin L/D oranı 44 ve D’si 28
mm’dir. Vida geometrisi ile ilgili bilgiler EK-I’de verilmektedir. İlk önce istenen kil miktarı içeren PBT masterbatch’ları hazırlanarak ardından iplik çekimleri yapılmıştır.
Masterbatch aşamasında hem Nanomer I30P hem de Nanomer I44P nanokil içeren farklı konsantrasyonlarda toplam 16 tane masterbatch hazırlanmıştır.
Masterbatch’lardaki kil miktarlar %5–40 arasında değişmektedir. Bu şekilde farklı kil miktarı içeren masterbatch’ların üretimi endüstriyel iplik çekim makinelerinde masterbatch dozaj miktarının en fazla %5 olmasından kaynaklanmaktadır. Tez aşamasında üretilen masterbatchların formülasyonları Çizelge 3.3’te verilmektedir.
Masterbach formülasyonları 1 kg bazlı olarak verilmektedir. Toz halinde tartılan PBT, nanokiller ve Bruggolen 130 Reimelt Henschel mikserine alınarak 1800 dev/dk hızda 1 dk karıştırılarak hız 3600 dev/dk’ya çıkarılmakta ve şırınga vasıtasıyla Bruggolen 60 ilave edilmekte ve 6–7 dk karıştırılmaktadır. Karıştırma işlemi akımın sabitleninceye kadar devam etmektedir. Ardından karışım T-ÇBE beslenmektedir. Masterbatch aşamasında iyi karışım elde etmek için ekstruderin sıcaklığı PBT’nin erime sıcaklığından 20ºC daha yüksektir (240ºC), vidaların dönme hızı ise 350 dev/dk’dır. T-ÇBE çıkışı masterbatchlar cips haline getirilerek lif çekimi için hazırdır.
Lif çekimi Busschaert firmasının ürettiği Spinboy II-CC laboratuar tipi lif çekim makinesinde gerçekleştirilmiştir. Masterbatch cipsleri PET cipsleri ile ağırlıkça 5/95 oranında karıştırılarak tek burgulu ekstrudere beslenmiştir. Çekim sıcaklığı 280ºC’de yapılmıştır. Üretilen FDY iplikleri 300 denye/96 filaman ipliklerdir. Çekim hızı ise 1300 m/dk, ardından germe işlemi yapılarak FDY iplikleri üretilmiştir. Her iplik çekimi ortalama 15 dk yapılmıştır. FDY iplik üretimindeki godet sıcaklıkları ve hızlar ise şöyledir:
1. ve 2. godet sıcaklığı 80ºC, hızları 1300 m/dk 2. ve 3 godet sıcaklığı 130ºC, hızları 3440 m/dk
Çizelge 3.3. Tez çalışmasında üretilen masterbatch’ların formülasyonları
Nanomer I30P Nanomer I44P
Masterb atch No
Kil mijtarı
%
Kullanılan materyal
Miktar gr
Masterb atch No
Kil mijtarı
%
Kullanılan materyal
Miktar gr
I30P 50 I44P 50
PBT 944 PBT 944
Bruggolen 130 5 Bruggolen 130 5
1 5
Bruggolen P60 1
9 5
Bruggolen P60 1
I30P 100 I44P 100
PBT 894 PBT 894
Bruggolen 130 5 Bruggolen 130 5
2 10
Bruggolen P60 1
10 10
Bruggolen P60 1
I30P 150 I44P 150
PBT 844 PBT 844
Bruggolen 130 5 Bruggolen 130 5
3 15
Bruggolen P60 1
11 15
Bruggolen P60 1
I30P 200 I30P 200
PBT 794 PBT 794
Bruggolen 130 5 Bruggolen 130 5
4 20
Bruggolen P60 1
12 20
Bruggolen P60 1
I30P 250 I44P 250
PBT 744 PBT 744
Bruggolen 130 5 Bruggolen 130 5
5 25
Bruggolen P60 1
13 25
Bruggolen P60 1
I30P 300 I44P 300
PBT 694 PBT 694
Bruggolen 130 5 Bruggolen 130 5
6 30
Bruggolen P60 1
14 30
Bruggolen P60 1
I30P 350 I44P 350
PBT 644 PBT 644
Bruggolen 130 5 Bruggolen 130 5
7 35
Bruggolen P60 1
15 35
Bruggolen P60 1
I30P 400 I44P 400
PBT 594 PBT 594
Bruggolen 130 5 Bruggolen 130 5
8 40
Bruggolen P60 1
16 40
Bruggolen P60 1
3.3.3. Poliester-Kil FDY İpliklerin Karakterizasyonu
Poliester ve kompozit ipliklerin ısıl analizleri diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) ile analiz edilmiştir. DSC analiz Korteks İplik Mensucat A.Ş. laboratuarında bulunan Metler Toledo firmasının ürettiği DSC 823 tipi cihazda yapılmıştır. Analizler azot ortamında yapılmıştır. DSC analizi 40–350ºC sıcaklıklar arasında ve ısıtma hızı 10ºC/dk
olacak şekilde gerçekleştirilmiştir. Tekrarlanabilir veriler elde etmek için DSC analizi yaklaşık 10–15 mg iplik alınarak alüminyum hücrelere yerleştirilerek yapılmaktadır.
Diğer ısıl özellikleri ise organokillerin ısıl özelliklerini ölçmede kullanılan Seiko Exstar SII 6300 TGA/DTA cihazı kullanılmıştır. Ölçüm detayları (“bkz” 3.2.5) bölümünde açıklanmıştır. Farklı olarak ipliklerin küçük hücreye sığdırabilmek için makasla kesilmiştir. Toz malzemeden farklı olarak daha hacimli oldukları için ortalama 10 mg civarı hücreye yerleştirilmiştir. Nanomer I30P ve I44P nanokillerin ısıl özellikleri ise tıpkı 3.2.5 bölümündeki gibi modifiye killer için uygulanan yöntem kullanılmıştır.
Ticari nanokillerin XRD analizi TÜBİTAK MAM Malzeme Enstitü’sünde bulunan Shimadzu XRD–6000 cihazı ile yapılmıştır. Cihaz Cu X-ray ışını tüpüne sahip ve dalga boyu λ=1,5405 Å’dur. Toz halindeki ticari nanokil numunelerin XRD 2θ çekim aralığı 2–40º arasında gerçekleştirilmiştir. Nanokompozit ipliklerin ise çekimi 2θ açısı 2–100º arasında gerçekleştirilmiştir. Nanokompozit iplikleri 4x4 cm kaplayacak şekilde bir birine paralel olarak sarılmıştır. Kullanılan voltaj ise 40 kV ve akım gücü de 30 mA’dir.
Ticari nanokillerin temas açıları ölçümü Kamal ve ark. (2009) çalışmasında olduğu gibi hazırlanmıştır ve detaylı olarak bölüm 3.2.4’te açıklanmıştır. Temas açıları su, formamid, etilenglikol, diiyodometan ve bromnaftalen sıvıları kullanılmıştır.
Nanokil dispersiyonunu daha iyi incelemek için taramalı elektron mikroskobu (SEM-scanning electron microscope) kullanılmıştır. SEM cihazı olarak TÜBİTAK BUTAL’de bulunan Tescan Vega 3 SEM cihazı ile görüntüler alınmıştır. Görüntüleme işlemi ikincil elektron (SE-secondary electron) modunda, çalışma mesafesi (WD-working distance) ise 12–14 mm civarlarında yapılmıştır. Görüntülemenin daha iyi yapılabilmesi için lifler 4 nm otomatik Cressington Sputter Coater 108auto cihazı ile altın ile kaplanmıştır.
İpliklerin mekaniksel özellikleri ise Korteks Mensucat Sanayi ve Tic. A.Ş.’de bulunan Statimat ME cihazında ölçülmüştür. Pünomatik olarak çalışan cihazda iki çene arasındaki mesafe 20 cm’dir. Sabit uzamaya göre çalışan cihazda kopma işlemi 20 saniye içerisinde gerçekleşecek şekilde ayarlanmıştır. Hem kopma mukavemeti hem de kopma uzamaları bu cihazda ölçülmektedir. Modül ölçümü ise bu cihazda ölçmek
mümkün değildir. Her iplik için toplam 6 deneme yapılarak ortalamaları değerlendirilmiştir.
Kaynama çekmesi için 4 m iplik sarılarak çile haline sarılır ve 500 g ağırlık asılır. Daha sonra çile uzunluğu l0 ölçülür (genellikle bu 50 cm’dir) ve 98ºC’de 10 dk kaynatılır.
Kaynatıldıktan sonra ise oda sıcaklığında kurutulur ve lk ölçülür. Kaynama çekmesi ise aşağıdaki formülle hesaplanır.
%Kaynama Çekme= 100
0
0
l l
l k
(3.2)
4. BULGULAR ve TARTIŞMA