Layered silicate polypropylene nanocomposites

Abstract

Tabakalı silikat nanokompozitleri, dü ük kil ilavesinde çok iyi özelliklergösteren yeni nesil kompozit malzemelerdir. Bu çalı mada tabakalısilikat/polipropilen nanokompozitleri eriyik interkalasyon metodu ile hazırlanmı tır.Polipropilen ve maleik anhidrit a ılanmı polipropilen (PPgMA) matriks olarakkullanılmı , kil dolgusu (Na+ montmorillonit, MMT) hem do al olarak hem de yüzeymodifikasyonu i leminden geçirilerek eriyik termoplastik içine ilave edilmi tir.Organik kil (OMMT), sodyum-iyonlu montmorillonitin hekzadesil trimetil amonyumklorit tuzu ile iyon yer de i tirme reaksiyonu yoluyla hazırlanmı tır. Organokilin venanokompozitlerin nano yapıları X-I ını Kırınımı metodu ile karakterize edilmi tir.%3,5 ve 10 MMT, OMMT ve OMMT/PPgMA kil içeren PP nanokompozitlerihazırlanmı , ileri XRD analizleri ile yüzey modifikasyonunun ve PPgMA ilavesininkil tabakalarının matriks içerisindeki da ılımı incelenmi tir. XRD sonuçlarındamodifiye kil tabakalarının, PPgMA içeren matriks yapısında da ılımının iyile ti igözlenmi tir. Taramalı elektron mikroskobu (SEM) çalı maları, modifikasyoni lemlerinin tabakaların daha iyi da ılmasını sa ladı ını ve kırılmanın gevreksi birdavranı gösterdi ini ortaya koymu tur. DSC analizlerinde kil ilavesinin PP'ninkristalizasyon sıcaklı ını arttırdı ı, fakat bunun yanında erime sıcaklı ını dü ürdü ütespit edilmi tir. Organokil ilavesi ve PPgMA katkısı ile da ılımın iyile tirilmesinanokompozitlerin termal bozunma sıcaklıklarını attırmı tır. Nanokompozitlerinçekme deneyleri yapılarak kil ilavesinin ve PPgMA modifikasyonunun mekanikde erlere etkisi incelenmi tir. %3 OMMT/PPgMA/PP nanokompozit yapısının çekmemukavemetinde %62 ve kopmada mukavemet de erinde %15'lik geli melerkaydedilmi tir. Polipropilen endüstride ambalaj malzemesi olarak kullanıldı ı için optiközellikleri önem ta ımaktadır. Üretilen nanokompozitlerin optik geçirgenlik analizleriyapılmı tır. 700 nm'de ı ık geçirgenli inin kilin modifikasyonu ve PPgMA ile iyile ti itespit edilmi tir. %10 MMT-OMMT-OMMT/PPgMA nanokompozit örneklerininatmosferik artlarda UL-94 yanıcılık testiyle yanma hızları ve yanma zamanlarıölçülmü tür. Kil ilavesi malzemelerin yanma hızını azaltmı , modifikasyon ve PPgMAkatkısı bu malzemelerin yanma hızını %26 oranında gerilemi tir.

Layered silicate nanocomposites are new generation materials that haveunique properties obtained by low particulate loadings. In this study, layeredsilicate/polypropylene nanocomposites were prepared by melt intercalation method.Homopolymer PP alone and maleic anhydride-grafted polypropylene (PPgMA) as acompatibilizer were used as the matrix. Clay (Na+ montmorillonite, MMT) particleswere used with and without structural modification to obtain silicate nano-layerswithin the PP matrix. Structural modification of MMT using hexadecyltrimethylammonium chloride (HTAC) was applied to obtain organophilic silicates (OMMT).XRD results demonstrated that the dispersion of the modified silicate layers andcompatibilized with PPgMA (OMMT/PPgMA) is better than those forincompatibilized compositions. The addition of silicate layers increased thecrystallization temperature of PP as well as the thermal stability, but the meltingtemperature of the nanocomposites was decreased by the addition of silicate ascompared with neat PP. The mechanical characterizations exhibited an increase of62% on tensile modulus and 15% on tensile stress at break as compared to neat PPdue to the improved dispersion of silicate layers within PP in 3 wt.%OMMT/PPgMA/PP nanocomposites. The effect of clay modification and PPgMAcompatibilization on the light transmission of PP nanocomposites was characterizedby optical transmission analysis. For the OMMT/PPgMA/PP nanocomposites, lighttransmission was improved as the dispersion was enhanced. The flammability resultsdemonstrated that unmodified MMT and modified OMMT decreased the burningrate of PP nanocomposites. The organic modification of clay and compatibilizationdecreased the rate of flammability. A decrease of 26% on the burning rate of PP wasrecorded in 10%wt. OMMT/PPgMA/PP nanocomposites.