Yenilenebilir kaynaklardan elde edilen matris ve reaktif interkelanta sahip polimerik nanokompozitler

Abstract

Son yıllarda polimer nanokompozitler, mikrokompozitler ve saf polimerlere nazaran sergiledikleri gelişmiş mekanik, ısıl ve optik özelliklerden dolayı büyük ilgi toplamaktadır. Bu projede, soya yağından elde edilen polimer matris ve montmorillonit (MMT) kili bazlı ve yüksek performanslı polimer nanokompozitlerin in situ serbest radikal reaksiyonu ile sentezlenmesi ve daha sonra sentezlenen nanokompozitlerin ısıl, dinamik mekanik özellikleri ve morfolojisinin karakterize edilmesi amaçlanmıştır. İlk aşamada, nano-boyutlu MMT kilinin modifikasyonu, reaktif metakrilat çift bağı içeren yenilenebilir kaynaklı ve biyo-bazlı interkelant ile yapılmıştır. Daha sonra, elde edilen organofilik MMT kili (OrgMMT), akrilatlanmış epokside soya yağı (AESO)/stiren monomer karışımında dağıtılarak, serbest radikal başlatıcı ilavesi ile polimerizasyon reaksiyonu gerçekleştirilmiştir. Sonuç polimer nanokompozitlerinin yapısal karakterizasyonu, X-Işını difraksiyonu (XRD) ve geçirimli elektron mikroskop (TEM) teknikleri ile yapılmıştır. Polimer nanokompozitlerin ısıl ve mekanik özelliklerine, nanodolgunun yükleme derecesinin etkisi, ısıl gravimetrik analiz (TGA) ve dinamik mekanik analiz (DMA) yöntemleri ile araştırılmıştır. AESO bazlı nanokompozitlerin, saf AESO bazlı polimer matris ile karşılaştırıldığında, iyileşmiş ısıl ve mekanik özelliklere sahip oldukları saptanmıştır. MMT dolgusu ağırlıkça % 1 ve % 2 oranında kullanıldığında, eksfoliye nanokompozit yapısı elde edilirken, % 3 dolgulama derecesi kısmi interkelasyona/eksfoliasyona yol açmıştır. %2 OrgMMT nanodolgusu içeren eksfoliye nanokompozitin, saf polimer matrise göre, camsı geçiş ve kauçuğumsu bölgelerde sırasıyla % 400 ve % 500 daha fazla depolama modülüne sahip olduğu bulunurken, % 3 dolgulama ile elde edilen kısmi interkele nanokompoziti ile en düşük ısıl bozunma hızı elde edilmiştir.

In recent years, polymer nanocomposites recieved large attention due to their improved mechanical, thermal and optical properties as compared to microcomposites and neat polymers. In this project, our objective was to synthesize high performance polymeric nanocomposites from soybean-oil-based polymer matrix and montmorillonite (MMT) clay using an in situ free radical polymerization reaction and characterize them in terms of thermal and dynamic mechanical properties as well as morphology. First, the modifcation of MMT clay was carried out in the presence of a renewable and bio-based intercalant with reactive methacrylate double bond. Then, the organophilic clay was dispersed in acrylated epoxidized soybean oil (AESO) / styrene monomer mixture to carry out polymerization reaction with the addition of free radical initiator. The resultant nanocomposites were characterized by X-ray diffraction (XRD) and transmission electron microscopy (TEM). The effect of increased nanofiller loading in thermal and mechanical properties of the nanocomposites was investigated by thermogravimetric analysis (TGA) and dynamic mechanical analysis (DMA). The nanocomposites exhibited improved thermal and dynamic mechanical properties compared with neat acrylated epoxidized soybean oil based polymer matrix. The desired exfoliated nanocomposite structure was achieved when the OrgMMT loading was 1 and 2 wt% whereas partially exfoliated nanocomposite was obtained in 3 wt% loading. It was found that about 400 % and 500 % increments in storage modulus at glass transition and rubbery regions, respectively were achieved at 2 wt% clay loading compared to neat polymer matrix while the lowest thermal degradation rate was gained by introducing 3 wt% clay loading.