Poliolefin-kil nanokompozitler için modifiye organo killerin sentezi ve karakterizasyonu

Abstract

Bu çalışmada; 3 adet farklı katyonik yüzey aktif maddenin farklı konsantrasyonları ile (kilin katyon değiştirme kapasitesine eş değer, 2 ve 3 katı) montmorillonitin reaksiyonu sonucu elde edilen organokillerin özellikleri ve yapıda meydana gelen değişimler ayrıntılı olarak incelenmiştir.Kullanılan katyonik yüzey aktif maddeler; heksa desil trimetil amonyum bromür, dimetil dihidrogene tallow amonyum klorür ve oktadesil amonyum klorürdür. Kil olarak kullanılan montmorillonit, BENSAN Aktifleştirilmiş Bentonit Sanayi ve Ticaret A.Ş.'den temin edilmiştir.MMT'nin katyon değiştirme kapasitesine eşdeğer, 2 ve 3 katı miktarlarında üç adet farklı yüzey aktif madde (HDTMAB, ODAC, 2M2HTAC) MMT arasında gerçekleştirilen reaksiyon sonucu organokiller sentezlenmiştir. Reaksiyon sonrası oluşan organokil, vakum altında süzülmüştür. Süzüntüde Cl- ya da Br- iyonları kalmayana kadar (AgNO3 tayini) yıkanmıştır. Organokil kurutulup öğütüldükten sonra kullanıma hazır hale getirilmiştir.Reaksiyon sonucu oluşan ürünlerin yapısal analizleri ve fiziksel özellikleri; Fourier Transform Infrared Spektroskopisi (FTIR), X-Işınımı Kırınım Difraktometresi (XRD), Termogravimetrik Analiz (TGA), Diferansiyel Taramalı Kalorimetre (DSC), Diferansiyel Termal Analiz (DTA) ve Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ile incelenmiştir.FTIR spektrum analizi ile; modifiye edilmemiş ve modifiye edilmiş montmorillonitlerin absorpsiyon pikleri incelenmiş olup, organokil yapısında katyonik yüzey aktif maddeye ait pikler tespit edilmiştir. Bu da modifikasyonun başarılı bir şekilde gerçekleştirildiğini göstermektedir. Ayrıca, pik şiddetleri (intensity) montmorillonite ait referans bir pik ile karşılaştırılmak suretiyle reaksiyon şartlarına bağlı olarak kile bağlanan yüzey aktif madde miktarı incelenmiştir.XRD analizinde; modifiye edilmemiş montmorillonitin ve modifiye edilmiş organokillerin tabakaları arası mesafeleri incelenmiştir. İlave edilen katyonik yüzey aktif maddelerinin konsantrasyon artışına ve zincir uzunluğuna bağlı olarak montmorillonitin tabakalar arası mesafesinde meydana gelen artış gözlemlenmiştir.TGA ve DSC analizlerinde incelenen sıcaklık aralıklarında, ürünlerde 3 bölümden oluşan bozunma adımları görülmüştür. İlki; 100 oC'den düşük sıcaklıklarda gerçekleşen; serbest halde ve montmorillonitin yapısında bulunan suyun uzaklaşması (dehidratasyon), ikinci adım 200-500 oC sıcaklık aralıklarında görülen ; organokillerde mevcut olan organik yapıların bozunması ve 500-800 oC sıcaklık aralıklarında görülen silikat tabakalarının yapısındaki OH gruplarının eliminasyonu olan dehidroksilasyon adımıdır. TGA-DTA ve TGA-DTG ve DSC analizlerinde bu adımlar çok net olarak görülmektedir.

In this study, the properties of organoclays obtained as result of the reactions between3 different cationic surface active agents with different concentrations and montmorillonite.Hexadecy trimethyl ammonium bromide, dimethyl dihydrogenated tallow amonium chloride and octadecyl ammonium chloride are used as cationic surfactants. Montmorillonit is used as clay and was supplied from BENSAN Aktifleştirilmiş Bentonit Sanayi ve Ticaret A.Ş.Organoclay is synthesized which is result of reaction between montmorillonite and three different surfactants with different concentrations (equivalent of Cation Exchange Capacity of the clay, 2 times and 3 times of the CEC equivalent). Temperature and total volume of the reaction medium are stable during the reaction time. After the reaction, organoclay suspansion are filtered under vacuum and washed several times with destilled water until no Cl- or Br- ions were detected by AgNO3 titration and filtered. Following this step, modified montmorillonite was dried and grinded.The structural and physical properties of the reaction products were investigated by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), X-Ray Diffraction (XRD), Thermogravimetric Analysis (TGA), Differential Scanning Calorimetry (DSC), Differential Thermal Analysis (DTA) and Scanning Electron Microscopy (SEM).The absorbtion peaks of unmodified and modified montmorillonites are investigated by FTIR. The peaks which are belong to cationic surfactants in orgonaclay structure are determined. This indicates that modification of clay was carried out succesfully. Furthermore,Amounts of surfactants which are absorbed to montmorillonite depending on reaction conditions by compareing the peak intensities of organic structures with a reference peak of montmorillonite.Using XRD analysis, the distances between layers of organoclays were investigated. Depending on chain length and concentration of cationic surfactant, increase in distance between montmorillonite layers are observed.Three degradation stages were determined on reaction products by Thermogravimetric Analysis (TGA) and Differential Scanning Calorimetry (DSC). The first stage is loss of free and interlayer water (dehydratation) before 100 oC, the second stage is; decomposing of organic substaces sorbed on montmorillonite between 200-500 oC and the last stage is dehydroxlation in the temperature range 500-800 oC where the hydroxyl groups, which is covalently incorporated in the silicate layers, is dehydrated. These stages are clearly observed at TGA-DTA, TGA-DTG and DSC Analysis.