Nişasta Bazlı Biyopolimer Katkılı Kauçuk Hamur Reçetesi Geliştirilmesi

Abstract

Elastomer esaslı malzemelerin sertlik, dayanım gibi mekanik özelliklerini geliştirmek amacıyla genellikle mineral kökenli dolgu maddeleri tercih edilmektedir. Bu tür elastomer bazlı kauçuk malzemeler, günümüzde başta lastik endüstrisi olmak üzere otomotiv sektörü, inşaat, ayakkabı üretimi, konveyör bant sistemleri, hortum üretimi ve sağlık sektörü gibi birçok alanda yaygın şekilde kullanılmaktadır. Ancak elastomerlerin yüksek maliyeti, üreticileri maliyetleri azaltmak adına dolgu maddesi kullanımına yönlendirmiştir. Dolgu maddeleri, yalnızca maliyet avantajı sağlamakla kalmayıp aynı zamanda elastikiyet, kopma dayanımı ve sertlik gibi temel mekanik özelliklerin iyileştirilmesinde de etkin rol oynamaktadır. Özellikle doğal kauçuklarda, karbon siyahı gibi ince taneli dolgu maddelerinin, yırtılma ve aşınma direncini artırmada önemli katkılar sağladığı bilinmektedir. Bu tür iyileştirmeler, kullanılan dolgu maddesinin partikül boyutu, malzeme içindeki dağılımı ve kauçuk zincirlerine olan bağlanma düzeyi gibi çeşitli parametrelere bağlı olarak değişkenlik göstermektedir. Nişasta bazlı biyopolimerler ise, nişasta kökenli olup bitkilerden elde edilen bir karbonhidrat olan nişastadan türetilmiş polimerik malzemelerdir. Genellikle gıda sektöründe kullanılsa da, bu biyopolimerler son yıllarda çeşitli endüstriyel uygulamalarda da değerlendirilmektedir. Bu çalışmada, nişasta bazlı biyopolimer katkısının farklı dozajlarda kullanılmasıyla, saf stiren bütadien kauçuk (SBR) ile SBR'nin doğal kauçuk (NR) ile oluşturduğu karışımlar üzerindeki reolojik, mekanik ve termomekanik özellikler ayrıntılı olarak incelenmiştir. Deneysel süreçte, SBR ve SBR/NR esaslı kauçuk bileşiklerinde vulkanizasyon ajanları, hızlandırıcılar gibi diğer formülasyon bileşenleri sabit tutulmuş, yalnızca nişasta bazlı biyopolimer miktarı değiştirilmiştir. Bu bağlamda, karışımların vulkanizasyon karakteristikleri RPA (Reometrik Proses Analizörü) cihazı ile belirlenmiş; çekme testi, aşınma testi, DMA (Dinamik Mekanik Analiz), TGA (Termogravimetrik Analiz), FTIR (Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopi) analizleri gerçekleştirilmiştir.

Mineral-based fillers are commonly preferred to enhance the mechanical properties—such as hardness and strength—of elastomer-based materials. These types of rubber materials are widely used today in various sectors, primarily the tire industry, as well as in the automotive field, construction, footwear production, conveyor belt systems, hose manufacturing, and the healthcare industry. However, the high cost of elastomers has led manufacturers to use fillers in order to reduce overall production expenses. Fillers not only provide a cost advantage but also play an active role in improving key mechanical properties such as elasticity, tensile strength, and hardness. Particularly in natural rubber, fine-particle fillers like carbon black are known to significantly enhance tear and abrasion resistance. Such improvements vary depending on several parameters, including the particle size of the filler, its dispersion within the material, and the degree of interaction with the rubber chains. Starch-based biopolymers, on the other hand, are polymeric materials derived from starch, a carbohydrate naturally found in plants. Although they are primarily used in the food industry, these biopolymers have recently found applications in various industrial domains as well. In this study, the rheological, mechanical, and thermomechanical properties of pure styrene-butadiene rubber (SBR) and SBR/natural rubber (NR) blends were comprehensively investigated with the addition of starch-based biopolymers at different concentrations. During the experimental process, the amounts of vulcanizing agents, accelerators, and other compounding ingredients in SBR and SBR/NR-based rubber compounds were kept constant, while only the content of starch-based biopolymer was varied. In this context, the vulcanization characteristics of the compounds were determined using a Rubber Process Analyzer (RPA); in addition, tensile testing, abrasion testing, Dynamic Mechanical Analysis (DMA), Thermogravimetric Analysis (TGA), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) were conducted.