Role of interphase and characterization of polymer nanocomposites using FTIR, TGA and SEM

Abstract

Bu çalışma dört polimer nanokompozit sistemlerin kurulmasını ve saf polimer matriksleri ile mekanik özelliklerini karşılaştırma amaçlı test edilmelerini amaçlamaktadır. Alüminyum Al2O3 ve manyetit Fe3O4 nanopartiküller poli (metil metakrilat) (PMMA) ve polistiren(PS) matrislerine eklenmiştir. Çekme tüm sistemler için uygulanmış ve dört polimer nanokompozit sistemlerin,özel saf polimer sistemlerine oranla kötü mekanik özellikleri olduğunu göstermiştir.Polimer matriks ve nanopartiküller arasındaki interfazı incelemek için bir araştırma düzenlenmiştir.Bu araştırma,iki yaklaşımın kullanılması ile çekme deneyinin sonuçlarını açıklamak için yapılmıştır. İlk strateji, dört nanokompozit sistemlerin interfaz yoğunluğu ve yapısı hakkında değerlendirme yapmak için yapılan termogravimetrik analiz (TGA) ve taramalı elektron elektroskop (SEM) yöntemlerinin uygulanmasıyla alınan verileri uygulamıştır. Diğer strateji ise; iki PMMA–temelli nanokompozit sistemlerin interfaz yoğunluğunu değerlendirmek için yapılan Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi (FTIR) yönteminin kullanılması ile nanopartikül yüzeyler ve polimer arasındaki bağlanmayı test etmiştir. Sonuçlar; Al2O3 nanopartiküllerin Fe3O4 nanopartiküllere oranla daha tepkiselliğe girdiğini ortaya çıkarmıştır,şunu da belirtmek gerekir ki her ikisinin de polimer matrisle zayıf etkileşimi vardır. Bu zayıf etkileşim; Fe3O4 nanopartiküller ile yapılan polimer nanokompozit malzeme takviyesinin, daha kötü mekanik özelliklere sahip olmasına neden olan interfaz yoğunluğunu azaltmıştır.

This work aims to build four polymer nanocomposite systems and test them to compare their mechanical properties with their pure polymer matrix. Aluminum oxide (Al_2 O_3) and magnetite (Fe_3 O_4) nanoparticles were inserted into poly(methyl methacrylate) (PMMA) and polystyrene (PS) matrices. Tensile tests were applied for all systems and showed that these four polymer nanocomposite systems have bad mechanical properties compared to their particular pure polymer systems.An investigation was conducted to consider the interphase between the polymer matrix and the nanoparticles. This investigation was applied using two approaches to explain the results of the tensile tests. The first strategy implemented data taken from applying the thermal gravimetric analysis (TGA) and scanning electron microscopy (SEM) to estimate the structure and density of the interphase for the four nanocomposite systems. The other strategy examined the bonding between the nanoparticle surfaces and the polymer utilizing Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) to estimate the density of the interphase for two PMMA-based nanocomposite systems. The results showed that Al_2 O_3 nanoparticles have more reactivity with the polymer matrix than Fe_3 O_4 nanoparticles; however, both had weak interaction with the polymer matrix. This weak interaction reduced the interphase density, which resulted in worse mechanical properties of the polymer nanocomposite material reinforcement by Fe_3 O_4 nanoparticles.