Effect of reaction conditions and organic additives on the morphologies of synthetic calcium carbonates

Abstract

Adı-Soyadı: Esra ALTAYOkul: zmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüAnabilim Dalı: KimyaProgramı: Kimya (Yüksek Lisans)Tez Ba lı ı: Reaksiyon Ko ulları ve Organik Katkı Maddelerinin SentetikKalsiyum Karbonat Morfolojisi Üzerindeki EtkilerininAra tırılmasıÖZETBu çalı mada, deneysel ko ulların CaCO3 ın basit morfosentezi üzerindekietkileri ara tırılmı tır. Kalsit ve aragonit olu umu için optimum ko ullarınbelirlenmesinin ardından bazı organik katkı maddelerinin (PVP, PDDA, PEG, CTABve EDTA) her iki polimorfun kararlılı ı ve morfolojisi üzerindeki etkisi incelenmi tir.Son olarak, kalsitin poliester reçinede dolgu maddesi olarak kullanılabilirli i testedilmi tir.Elde edilen sonuçlara göre kalsit için optimum sentez ko ulları; pH 9.0,ba langıç konsantrasyon de eri 0.05 M, bekletme süresi 24 saat, karı tırma vebekletme sıcaklı ı 30oC olarak belirlenmi tir. Olu an kalsit partikülleri 5-6 mortalama partikül büyüklü ü ile etkin olarak rhombohedral ve kübik morfolojilerdebulunmaktadır. Öteyandan, çökelen CaCO3 içerisinde aragonitin yüksek orandabulunması için daha kısa bekletme süresi ve 70-90 oC karı tırma ve bekletmesıcaklıkları gerekmektedir. Belirtilen deneysel ko ulda aragonitler yakla ık %95aragonit ve 8 uzunluk/geni lik oranı ile i ne ve dal morfolojileri göstermektedir.Katkı maddelerinin uygulanması, çökelen CaCO3 morfolojisi üzerinde çe itlietkiler göstermi tir. Bu etkiler, kalsit ve aragonitin partikül morfolojisi de i imi vearagonit olu umunun bastırılmasıyla sonuçlanmı tır.Son olarak, kalsitin poliester polimer içinde dolgu maddesi olarakuygulanması mekanik ve termal özellikleri kıyaslanarak tartı ılmı tır.

Name: Esra ALTAYSchool: zmir Institute of TechnologyDepartment: ChemistryMajor: Chemistry (Master)Title of Thesis: Effect of Reaction Conditions and Organic Additives on theMorphologies of Synthetic Calcium CarbonatesABSTRACTIn this study, the effects of experimental conditions on the facilemorphosynthesis of CaCO3 were investigated. The analyzed conditions included thepH, concentration, mixing and aging temperature, and aging time. After establishingthe optimal conditions for calcite and aragonite formation, the effects of organicadditives, i.e., PVP, PDDA, PEG, CTAB and EDTA, on the stability and morphologyof both polymorphs were examined. Finally, the applicability of calcite as a fillingmaterial in polyester was tested.The results indicated that calcite was optimally synthesized at pH 9.0, 0.05 Minitial reactant concentration, and 30oC mixing and aging temperatures while theaging time was 24h. The morphologies of produced calcites were dominated byrhombohedra and cubic with particle size range of 5-6 m. On the other hand, theprecipitation of CaCO3 dominated with aragonite requires mixing and agingtemperatures of 70-90 in addition to shorter aging times. Within such experimentalcondition, aragonites displayed needle-like and branch-like morphologies with ca.95% aragonite fraction and aspect ratio of around 8.The applied additives demonstrated various effects on the morphology ofprecipitated CaCO3. These effects ranged from changing the particle morphology ofcalcite and aragonite up to suppression of aragonite formation.Finally the application of calcite as a filler in polyester polymer is discussed inlight of a comparative determination of mechanical and thermal properties.