Preparation and physical characterization of clay/EPDM nanocomposites

Abstract

Kil/polimer nanokompozitler, mikro ve makro yapılı kompozitlerden farklı olarak daha gelişmiş özellikler sergilemelerinden son yıllarda yaygın olarak çalışılmaktadır. Organofilik özellik kazandırılmış tabakalı silikatların polimer matriksine eklenmesi, makromoleküllerin tabakalar arasına dağılımıyla etkin polimer nanokompozitler elde edilmeini sağlar. Kil/polimer kompozitlerinin performansı, sadece kilin doğasına değil, aynı zamanda dolgu bileşenlerinin güçlendirme mekanizması ve üretim koşullarıile de ilgilidir.Üretim koşullarının ve yaşlandırmanın etilen-propilen- dien kauçuğu (EPDM)/organo modifiye edilmiş montmorilonit (OMMT) nanokompozitlerinin fiziksel, mekanik ve termal özellikleri üzerindeki etkisi, ağırlıkça % 5 ve 10 kil ilavesiyle incelenmiştir. Kil/EPDM nanokompozitleri eriyik ile dağılım yöntemiyle üretilmiştir. X-ışını kırınımı ve taramalı elektron mikroskobu ile yapılan gözlemler sonucunda, modifikasyona tabi tutulmuş montmorilonit kilinin (OMMT) dağılmış tabakalı yapı halinde, üretim koşullarına bağlı olarak EPDM matriksi içinde ise tamamen dağılmış olduğu görülmüştür. XRD, hiçbir muameleye tabi tutulmamış kilin tabakalar arası mesafesinin 14.6 Å iken modifikasyon işlemi ile bu mesafenin 30.9 Å'a çıktığını göstermektedir. Kauçuk nanokompozitlerinin mekanik gelişimleri, çekme ve yırtılma testleri ile incelenmiştir. Mekanik testler, modifiye edilmiş kil ilavesinin nanokompozitlerin özelliklerini önemli ölçüde arttırdığını göstermektedir. Morfolojik ve mekanik özellikler üzerinde proses koşullarının doğru kombinasyonuyla elde edilen önemli artış, proses koşullarının açıkça etkili olduğunu gösterir. Bunların yanında, meknaik özelliklerdeki değişimi incelemek amacıyla yaşlandırma testi gerçekleştirilmiştir. Buna göre, yaşlandırma sonrasında nanokompozitlerin mekanik özellikleri, saf EPDM'e göre daha yüksek sonuç vermiştir.

Polymer/clay nanocomposites have been extensively studied in recent years because they often exhibit improved properties different from their micro and macrocomposite counterparts. Addition of organophilic layered silicates to the polymer produces effective polymer nanocomposites by intercalation of macromolecules into the interlayer spaces. The performance of polymer/clay composites is not only related to the nature of the clay but also to the reinforcing mechanism of filler and the preparation conditions.In this study, the effects of mixing conditions and effect of aging on mechanical, physical and thermal properties of ethylene-propylene-diene rubber (EPDM)/Organo modified montmorillonite (OMMT) nanocomposites were studied at two different clay loadings 5 wt.% and 10 wt.%. EPDM/OMMT nanocomposites were prepared by melt blending method. The experimental results of X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy showed that the organically modified MMT existed in the form of an intercalated structure and that was exfoliated in EPDM matrix depending on the mixing conditions. XRD patterns showed that the interlayer distance of the organically modified clay was 30.9Å, which was larger than those of the unmodified clay (14.6Å). The mechanical evaluation of the nanocomposites was performed by tensile and tear testing. The mechanical tests showed that the properties of nanocomposites were significantly improved with addition of OMMT. The effects of the processing conditions were manifested in both the morphology and mechanical properties, which showed significant increase when optimized process conditions are applied. In addition, chemical test was performed on the nanocomposites to monitor the degradation of the mechanical properties. It was found that the reduction of the mechanical properties of nanocomposites after aging process is lower as compared to those of neat EPDM.