Sıcaklık kontrolü ile polistiren/kil nanokompozit sentezi ve karakterizasyonu

Nanokompozitler içinde kil ile hazırlanmış polimerik nanokompozitlerin önemi büyüktür. Smektit ailesineait killer, özellikle bentonit ve montmorillonit, düzenli tabakalı yapıları ile polimerik nanokompozitlerinhazırlamasında yaygın olarak kullanılmaktadır. Yapılan deneysel çalışmada, iki farklı üretim metodu ve ikifarklı işletim koşulu kullanılarak polimerik nanokompozitler üretilmiştir. Çalışmada kullanılan üretimyöntemleri eş zamanlı üretim metodu ve eriyikle harmanlama metodudur. Deneyler 1000C ve 1050C' de sabit sıcaklıkta gerçekleştirilmiştir. Sistemin bu sıcaklıkta kalması için kendinden ayarlamalı PID (STPID) kontrolyöntemi uygulanmıştır. STPID kontrol model ve ayar parametreleri ise genetik algoritma ile belirlenmiştir.Nanokompozitler elde edildikten sonra ilk olarak % monomer dönüşümleri ve viskozite ortalama molekülağırlıkları hesaplanmış, daha sonra karakterizasyon çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Termal özelliklerin belirlenmesinde Temogravimetrik Analiz (TGA), yüzey karakterizasyonu için Geçirimli Elektron Mikroskobu (TEM), yapısal analiz için Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi (FTIR) kullanılmıştır.Mekanik özelliklerin değerlendirilmesinde Shore D sertlik ölçüm yöntemi kullanılmıştır. Karakterizasyon çalışmalarına göre, genel olarak eriyikle harmanlama metoduyla elde edilen nanokompozitlerinözelliklerinin daha iyi olduğu belirlenmiştir.

Temperature controlled synthesis of polystyrene/clay nanocomposites and their characterizations

Polymeric nanocomposites prepared with clay are of great importance in nanocomposites. Belonging to thefamily of smectite clays, particularly bentonite and montmorillonite, with a regular layered structure iswidely used in preparing polymeric nanocomposites. In this experimental study, two different productionmethod and two different operating conditions were used to obtain polymeric nanocomposites. Productionmethods used in this study is the in situ polymerization method and melt intercalation method. Experimentswere performed at constant 1000C and 1050C temperatures. System temperature was kept constant with selftuning PID (STPID) controller. STPID control model and tuning parameters were determined by the genetic algorithm. After obtaining nanocomposites, firstly % monomer conversion and viscosity average molecularweights were calculated and then characterization studies were performed. Thermogravimetric Analysis(TGA) was used to determine thermal properties; Transmission Electron Microscopy (TEM) was used to determine surface characterization. Fourier transform Infrared Spectroscopy (FTIR) was used for structuralanalysis. Shore D hardness measurement method was used in the evaluation of mechanical properties.According to the characterization of the study it was determined to be generally better than the properties of nanocomposites obtained by melt intercalation method.

PDF

___

1. Hwu J.M., Jiang G.J., Gao Z.M., Xie W., Png W.P., The characterization of organic modified clay and clayfilled PMMA nanocomposite, Journal of Applied Polymer Science, 83, 1702-1710, 2002.
2. Durmuş A., Şekillendirilmiş poliolefinlerin DSC ile incelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 2001.
3. Hartmut F., Polymer nanocomposites, Materials Science and Engineering Symposium, Netherlands, 763-772, 2003.
4. Tseng C., Wu J., Lee H. Chang F., Preparation and characterization of polystyrene-clay nanocomposites by free-radical polymerization, Journal of Applied Polymer Science, 85, 1370-1377, 2002.
5. Ramani A., Dahoe A.E., On flame retardancy in polycaprolactam composites by aluminium diethylphosphinate and melamine polyphosphate in conjunction with organically madified montmorillonite nanoclay, Polymer Degradation and Stability, 105, 1- 11, 2014.
6. Qi K., Zhang G., Effect of organoclay on the morphology, mechanical, and thermal properties of polyimide/organoclay nanocomposite foams, Polymer Composites, 35 (12), 2311-2317, 2014.
7. Scarfato P., Incarnato L., Maio L.D., Dittrich B., Schartel B., Influence of a novel organo-silylated clay on the morphology, thermal and burning behavior of low density polyethylene composites, Composites Part B: Engineering, 98, 444-452, 2016.
8. Aydoğan B., Usta N., Investigation the effects of nanoclay and intumescent flame retardant additions on thermal and fire behaviour of rigid polyurethane foams, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 30 (1), 9-18, 2015.
9. Kaştan A., Yalçın Y., Ünal H., Talaş Ş., Investigation on thermal properties of nanoclay added polyamide 6/high density polyethylene (HDPE) composites, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 32 (1), 89-99, 2017.
10. Fan J., Liu S., Chen G., Qi Z., SEM study of a polystyrene/clay nanocomposite, Polymer Science, 83, 66-69, 2002.
11. Qi R., Jin X., Nie J., Yu W., Zhou C., Synthesis and properties of polystyrene clay nanocomposites via in situ intercalative polymerization, Journal of Applied Polymer Science, 97 (1), 201-207, 2005.
12. Mohanty S., Nayak S.K., Melt blended polystyrene/layered silicate nanocomposites: Effect of clay modification on the mechanical, thermal, morphological and viscoelastic behavior, Journal of Thermoplastic Composite Materials, 20, 175, 2007.
13. Jaymand M., Modified syndiotactic polystyrene/montmorillonite nanocomposite: Synthesis, characterization, and properties, Macromolecular Research, 19 (10), 998-1005, 2011.
14. Saraeian P., Tavakoli H.R., Ghassemi A., Production of polystyrene-nanoclay nanocomposite foam and effect of nanoclay particles on foam cell size, Journal of Composite Materials, 47 (18), 2211-2217, 2013.
15. Paul P.K., Hussain S.A., Bhattacharjee D., Pa M., Preparation of polystyrene-clay nanocomposite by solution intercalation technique, Bulletin of Materials Science, 36 (3), 361-366, 2013.
16. Hasan A.R., Soğutma ceketli kesikli bir stiren polimer reaktörünün dinamik özellikleri, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Universitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 1990.
17. Öney F., Polistiren kil nanokompozitin sentezi ve karakterizasyonu, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitütüsü, Ankara, 2011.
18. Altınten A., Ketavanlıoğlu F., Erdoğan S., Hapoğlu H., Alpbaz M., Self-tuning PID control of jacketed batch polystyrene reactor using genetic algorithm, Chemical Engineering Journal, 138(1-3), 490-497, 2008.
19. Brandrup J., Immergut E.H., Polymer Handbook, John Wiley & Sons, Inc., USA., 1966.