Interfacial enhancement of polypropylene-zeolite composites

Abstract

öz Bu çalışmada, polipropilen ve zeolit ara yüzeyi iyileştirilerek polipropilen-zeolit kompozitlerinin özelliklerinin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Polipropilen ve zeolit arasındaki ara yüzey etkileşimleri zeolit yüzeyi kaplanarak modifiye edilmiştir. Kompozitlerin mekanik özelliklerini ve dolgu maddesiyle polipropilen arasındaki etkileşimi en uygun geliştiren yüzey etkin maddenin bulunabilmesi amacıyla zeolit yüzeyi (ağırlıkça % 3) polietilen glikol (PEG) ve dört farklı derişimde (ağırlıkça % 0.5, 1, 1.5 ve 2) üç farklı silan bağlayıcıyla: 3-aminopropiltrietoksisilan (AMPTES), metiltrietoksisilan (MTES), ve 3-merkaptopropiltrimetoksisilan (MPTMS) kaplanmıştır. Yüzeyi modifiye edilmiş ve işlem görmemiş zeolit (ağırlıkça % 2, 4, ve 6) ve plastikleştirici olarak dioktilfitalat (DOP) yada epokside soya yağı (EPS) içeren polipropilen kompozitler ekstrüzyon tekniğiyle hazırlanmıştır. Yüzey modifikasyonunun ve zeolit miktarının kompozitlerin ısıl, mekanik, yapısal ve fiziksel özellikleri üzerine etkileri incelenmiştir. İşlem görmemiş ve silan bağlayıcılarla modifiye edilen zeolit örneklerinin kontak açısı ölçümleri ve FTIR analizleri ve PP-zeolit kompozitlerin su sorpsiyon sonuçları, zeolitin hidrofobik özelliğinin yüzey modifikasyonuyla belirgin bir şekilde arttığını göstermiştir. Isıl analiz sonuçlan, PP-EPS matrisine zeolit ilavesi ve silan muamelesinin kompozitlerin erime ve bozunma sıcaklıklarını değiştirmediğini göstermiştir. Buna karşın, bu modifikasyonların zeolitin aşı kristali etkisinden dolayı kompozitlerin kristalliği ve kristalleşme sıcaklığını arttırdığı bulunmuştur. Sılanla modifiye edilen zeolit içeren PP kompozitlerin mekanik özellikleri işlem görmemiş zeolit içeren kompozitlere oranla belirgin ölçüde gelişme göstermiştir. En iyi kuru ve yaş mekanik özellikler ağırlıkça %1 AMPTES ile muamele edilmiş zeolit içeren kompozitlerde gözlenmiştir. PP ve zeolit arasındaki ara yüzey etkileşimleri ve yapışma Pukanszky, Nicholais-Narkis ve Nielsen modelleri kullanılarak değerlendirilmiştir. Silan bağlayıcılarla işlem görmüş zeolit ve PP arasındaki yapışmadaki gelişme bu modellerle doğrulanmıştır. Kompozitlerin su sorpsiyon ve mekanik test sonuçlan, elektron taramalı mikroskop ve optik mikroskop fotoğraflarında da gözlendiği gibi silan bağlayıcıların zeolit ve PP matrisi arasındaki uyumluluğu ve ara yüzeydeki yapışmayı iyileştirdiği,kompozitlerin mekanik özelliklerini geliştirdiğini desteklemektedir. Sonuç olarak, kompozitlerin su sorpsiyon sonuçları ısıl, mekanik ve yapısal analiz sonuçları göz önüne alındığında en uygun yüzey aktif madde AMPTES (ağırlıkça % 1) olarak ön görülmüştür. vıı

ABSTRACT The objective of this study was to improve the properties of polypropylene- zeolite composites by enhancement of the interphase between polypropylene and zeolite. Surface treatment of zeolite was applied for modification of interfacial interactions between zeolite and polypropylene. Surface treatment of natural zeolite was carried out with (3 wt%) polyethyleneglycol (PEG) and three different silane coupling agents namely, 3-aminopropyltriethoxysilane (AMPTES), methyltriethoxysilane (MTES), and 3-mercaptopropyltrimethoxysilane (MPTMS) at four different concentrations (0.5, 1, 1.5 and 2 wt%) to find suitable surface modifier for improving filler compatibility and mechanical properties. PP composites containing (2, 4 and 6 wt%) untreated or treated zeolite and plasticizers: dioctylphthalate (DOP) or epoxidized soybean oil (EPS) were prepared by extrusion technique. The effects of the modifications and zeolite content on the thermal, mechanical, structural and physical properties of PP composite were investigated. The contact angle measurements and FTIR analyses of untreated and silane treated zeolite samples and water sorption results of PP-zeolite composites showed that hydrophobicity of zeolite significantly increases with surface modification. Thermal analyses indicated that the addition of zeolite and silane treatment to the PP-EPS matrix did not change the melting and degradation temperature of the composites. However, these modifications were found to increase the crystallinity and crystallization temperature of the composites due to the nucleating effect of the zeolite. The mechanical properties of PP composites containing silane treated zeolite indicated significant improvements compared to the composites containing untreated filler. The most enhanced dry and wet mechanical properties were observed for 1 wt% AMPTES treated zeolite containing PP composites. The effect of interfacial interactions and adhesion between zeolite and PP was evaluated by various semiemprical equations: Pukanszky model, Nicholais and Narkis model and Nielsen model. The improvement in adhesion between silane treated zeolite and PP was also confirmed from these models. Moreover, the water sorption and mechanical test results, as well as scanning electron micrographs and optical micrographs of the composites verify that silane coupling agents enhanced compatibility and interfacial adhesion between zeolite particles and PP matrix strongly led to an improvement of the mechanical properties ofthe composites. Consequently, 1 wt% AMPTES was proposed to be the most appropriate surface modifier by considering the water sorption results, thermal, mechanical and microstructure analyses of PP-zeolite composites.