Serbest radikal fotopolimerizasyon ile halloysit içeren termoset nanokompozitlerin hazırlanması

Abstract

UV kürleme, ışıma ile iyonik veya serbest radikal başlatıcı oluştururak oligomerlerin veya yüksek moleküler ağırlıklı polimerlerin elde edildiği bir prosestir. Polimer oluşumunun ışık enerjisi sayesinde gerçekleştiği bu proses; iyi dağıtılmış monomer-nanodolgu formülasyonundan polimer nanokompozitlerinin in-situ (yerinde) metoduyla hazırlanması için basit bir yöntem sağlayabilir. Geleneksel kompozit üretim yöntemleri, polimerlerin inorganik dolgu maddeleri ile ya eriyik karışımlı ya da çözücü bazlı doğrudan karışımı yöntemlerinden ibarettir. Fakat bu yöntemler de proses boyunca genellikle polimerin ısıl bozunmasına ya da büyük miktarda uçucu organik bileşik salınımına neden olurlar. UV-kürleme prosesi, çözücü kullanmadan ve eriyik oluşturmadan, ışınlama yoluyla polimer üreterek geleneksel işlemlerin bu dezavantajlarının üstesinden gelebilir. Bunun yanı sıra UV kürleme prosesi hızlı, çevre dostu, enerji tasarrufu, mekansal ve zaman kontrolü gibi kendine has özellikleriyle diğer proseslere göre bir çok avantaja sahiptir. Ve aynı zamanda UV kürleme prosesi polimer nanokompozitlerinin hazırlanmasında da kullanılabilir.Bu çalışmada temel amaç, doğal nanotüp olarak bilinen haloysit içeren termoset nanokompozitlerin UV ışığıyla kürleşen sistemler ile hazırlanmasıdır. Haloysit nanotüpleri doğadan kolaylıkla elde edilebilen geniş yüzey alanına sahip, iç ve dış yüzeyindeki hidroksil gruplarının çeşitli fonksiyonel gruplarına dönüştürülebilen, polimer matrisine yüksek mekanik ve termal özellikler sağlayan doğal bileşiklerdir. HNT'ler ayrıca yapısal benzerlik ve ucuz maliyetinden dolayı karbon nanotüplere bir alternatif sunar. Bu nedenle HNT'lerin nanokompozit üretiminde önemli bir yer alacağı da tahmin edilmektedir. Düşük maliyet ve gösterdiği üstün mekanik, termal ve bariyer özellikleri sayesinde HNT-Polimer nanokompozitlerin kullanımı daha da yaygınlaşacağı düşünülmektedir. Bu çalışmada, öncelikle 3- (trimetoksisilil) propilmetakrilat (MAPTS) fonksiyonlu HNT'ye ulaşılmıştır. MAPTS fonksiyonlu HNT ile metakrilat bazlı monomerler çeşitli konsantrasyonlarda UV ile kürleşen sistemlerde tepkimeye sokularak (serbest radikalik fotopolimerizasyon) termoset nanokompozitler elde edilmiştir. Termoset nanokompozit üretimi oda sıcaklığında UV ışığı ile sağlanmıştır. Elde edilen kompozitlerin mekanik ve termal özellikleri çekme testi ve TGA analizleriyle incelenmiştir. Bunun yanı sıra nanokompozitin yapısal karakterizasyonu ve HNT'nin matriste dağılımı FT-IR spektroskopisi, SEM ve EDS analiziyle incelenmiştir.

UV curing is a process in which radiation is used to initiate, via ionic or free radical formation, the combination of monomers resulting in the formation of oligomers or high molecular weight polymers. This process utilizes light energy to form polymers and, therefore, may provide a simple method for in situ preparation of polymer nanocomposites from well-dispersed nanofiller–monomer formulations. Conventional methods of producing a composite involve direct mixing of polymer with inorganic fillers either melt-mixing or solvent-based processes and thus usually cause thermal degradation of the polymer or release large amounts of volatile organic compounds during the process. UV-curing process may overcome these drawbacks of conventional processes by producing polymer through irradiation at ambient temperature with 100% solid content. In addition to, UV-curing process has some advantages (fast, environment friendly, energy saving, spatial and temporal control, etc.), and can be used to prepare polymer nanocomposites.The main objective is to develop novel UV-curable nanocomposites containing halloysite (HNT) as nanofillers. This green nanofiller nanomaterial has a unique combination of tubular structure, large aspect ratio, natural availability, rich functionality, good biocompatibility, and high mechanical strength. HNTs offer also an inexpensive, low-tech alternative that is morphologically similar to carbon nanotubes (CNTs). These characteristics result in exceptional mechanical, thermal, and barrier properties at a low price for HNTs-polymer nanocomposites. In this study, a methacrylate-functional HNT was firstly prepared by the reaction of 3-(trimethoxysilyl) propylmethacrylate with inner and outer hydroxyl groups of HNT. Then, the functional halloysite was included in free radically polymerizable UV-curable systems with various concentration. These formulations was cured by UV-light irradiations at room temperature. The mechanical and thermal properties of obtained composites were investigated by tensile machine and TGA analyses. Moreover, the structural characterization as well as morphological distribution of halloysite in the matrix were monitored by FT-IR and SEM analysis.