Development of layered silicate/epoxy nanocomposites

Abstract

Tabakalı silika/epoksi nanokompozitler, geleneksel partikül içerenpolimerlerle kıyaslandı ında en dü ük konsantrasyonlarda bile e siz özellikleresahiptirler. Nanokompozitler, saf polimerlerle kar ıla tırıldı ında önemli derecedegeli tirilmi mekanik, ısıl, optik ve yanmazlık gibi özellikler sergilemektedir.Bu çalı mada, tabakalı silika/polimer nanokompozitleri Na+ katyonları içerenmontmorillonite (MMT) ve epoksi reçine kullanılarak hazırlanmı tır. Silikapartikülleri hexadecyltrimethylammonium chloride (HTAC) kullanılarak modifiyeedilmi ve polimer içerisinde homojen da ılmaya elveri li silika partikülleri(exfoliated) elde edilmi tir. Bu yöntemle, organik olarak modifiye edilmi silikalar(OMMT) elde edilmi tir. X-ray ı ını kırınımına göre modifiye edilmi silikanın bazalbo lu u 14 Ã' dan (saf silikanın de eri) 18 Ã'a geni lemektedir, bu da silikatabakalarının epoksi reçine içinde tamamen da ılmı oldu unu göstermektedir. SEMsonuçları, organik olarak modifiye edilmi OMMT içeren nanokompozitlerin MMTiçerenlere göre daha iyi da ılım olu turdu unu göstermektedir. Silika miktarınınartmasıyla, çekme ve esneme modül de erleri artarken, kırılma toklu u de eriazalmaktadır. Termal analiz sonuçları, camsı geçi sıcaklı ı (Tg), dolgusuz epoksireçinede 63.6 oC iken organik olarak modifiye edilmi , kütlece %3 silika içerenkompozitlerde 68.9 oC' ye yükselmekte oldu unu göstermektedir. Silikapartiküllerinin eklenmesi ile epoksinin dinamik özellikleri, storage ve loss modulü veTg de eri artı göstermektedir. Epoksinin optik iletim de eri MMT ve OMMTpartikül eklenmesiyle etkilenmektedir. Silika partiküllerinin epoksi reçineyeeklenmesi ile yanmazlık direncinin arttı ı gözlenmektedir.

Layered silicate/polymer nanocomposites are materials that display ratherunique properties, even at low silicate content, by comparison with more conventionalparticulate-filled polymers. These nanocomposites exhibit improved mechanical,thermal, optical, gas permeability resistance and fire retardancy properties whencompared with the pure polymer.In this study, layered silicate/polymer nanocomposites were prepared usingNa+ cation containing montmorillonite (MMT) and epoxy resins. Silicate particleswere treated with hexadecyltrimethylammonium chloride (HTAC) to obtain thecomplete homogenous dispersion of the nano plaques within the polymer matrixwhich forms the exfoliated microstructure. In this way, organophilic silicates(OMMT) were obtained. Modification of the silicate expands the silicate galleries(from 14 Ã to 18 Ã) that promote the formation of exfoliated composite structure.SEM results showed that nanocomposites with organically modified MMT exhibitedbetter dispersion than those with MMT. It was found that the tensile and flexuralmodulus values are increased, whereas the fracture toughness is decreased withincreasing silicate content. Thermal analysis results revealed that the glass transitiontemperature (Tg) of the neat epoxy resin (63.6oC) increases to 68.9 oC for thenanocomposites with 3 wt. % of OMMT. By incorporation of silicate particles, thedynamic mechanical properties of epoxy; including the storage and loss modulus andTg are increased. Optical transmission values of the epoxy were affected by MMT andOMMT silicate incorporation. It was found that flame resistance at the polymerimproved by the incorporation of MMT particles to the neat epoxy.