Polistiren/çinko oksit nanokompozit sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of polystyrene/zinc oxide nanocomposites
Yazar: DİLEK KOÇ ARPACI
Danışman: DOÇ. DR. AYLA ALTINTEN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Günümüzde endüstrideki önemi giderek artan kompozit malzemelerin en son geliştirilen grubunu polimerik nanokompozit malzemeler oluşturmaktadır. Bu tip nanokompozitlerde dağıtıcı faz olarak kullanılan polimerler, nano boyuttaki takviye tanecikleri ile desteklendirilerek normal polimerlere göre daha üstün özelliklere sahip yeni yapılar elde edilmektedir. Bu çalışmada takviye malzemesi olarak kullanılan inorganikçinko oksit (ZnO)nanopartiküllerinin, matris olarak kullanılan organik polistiren (PS) içerisinde dağılımını sağlayarak yeni bir malzemenin iki ayrı yöntemle sentezlenmesi, bu iki yöntemin kıyaslanması, polistirenin özellikle termal, sertlik ve UV absorplama özelliklerinin geliştirilmesi ve sentezlenen PS/ZnOnanokompozitlerininkarakterizasyonunun yapılması hedeflenmiştir.Deney aşaması, ön hazırlık ve nanokompozit sentezi olarak planlanmıştır. Ön hazırlıkta başlatıcı olarak kullanılan benzoil peroksit (BPO), içerisindeki safsızlıkların ve nemin uzaklaştırılması için kristallendirilmişve ZnO,organik çözücü içerisindeki dağılımının iyileştirilmesi içinoleik asit (OA) ile modifiye edilmiştir. Nanokompozit sentezi işlemi isetoluen ortamında, stirenmonomeri ve değişik oranlarda ZnO'teneş zamanlı üretim yöntemiyle ve stirenden çözelti polimerizasyonu ile elde edilen PS ve değişik oranlarda ZnO'ten eriyikle harmanlama yöntemiyle PS/ZnO nanokompozit sentezi olmak üzere iki aşamada gerçekleştirilmiştir. Son olarak her iki yöntemle de hazırlanan nanokompozit malzemelerin; yapısal özellikleri geçirimli elektron mikroskobu (TEM), termal özellikleri termogravimetrik analiz (TGA),  mekanik özellikleri ise Shore D sertlik ölçüm yöntemi ile karakterize edilmiştir. Ayrıca elde edilen PS'nin %monomer dönüşümü ve viskozite ortalama molekül ağırlık değerleri hesaplanmıştır.Fourier dönüşümlü kızıl ötesi spektroskopisi (FTIR) sonuçlarından ZnO'in modifikasyonu sonrasında, OA'in kimyasal olarak ZnO'nun yüzeyine bağlandığı görülmüştür. TEM görüntülerine bakıldığında genel olarak, ZnO nanopartiküllerinin her iki yöntemde de ZnO'in topaklanma eğiliminin engellenemediği görülmüştür. TGA sonuçları incelendiğinde yapı içerisindeki ZnO nanopartiküllerin miktarının artmasıyla bozunmaya başlama ve bitiş sıcaklıkları artmaktadır, dolayısıyla ZnO nanopartikülleriPS'nin ısıl kararlığını olumlu bir şekilde etkilemektedir. Shore D sertlik testi sonuçları incelendiğinde Polistiren yapısına ZnO nanopartiküllerinin ilave edilmesiyle yapının mekanik dayanımında artış olduğu belirlenmiştir.

Abstract:
Nowadays, composite materials are getting more important in the industry and the most recent developed ones are polymeric nanocomposites. In these types of nanocomposites, due to polymers which are used as matrix structures and supported bynano size of reinforcement material, new materials that have better properties than pure polymers are obtained. In this study, inorganic zinc oxide (ZnO) nanoparticles were used as reinforcement material and organic polystyrene(PS) was used as matrix phase. The aim is to synthesize a new material, that has superior properties, by two different methods by providing the perfect dispersion of ZnO nanoparticles in PS, compare these two methods, develop the thermal and especially UV absorption properties of PS and characterization of PS/ZnO nanocomposite.Experimental stage is planned as preliminary stage and nanocomposite synthesis. In preliminary stage; benzoyl peroxide (BPO), which is used as initiator, is crystalized to remove its impurity and moisture and ZnO is modified with oleic acid (OA) to enhance its dispersion in organic solvent. Composite synthesis consist of two stage; PS/ZnO nanocomposite synthesis by in-situ method by using styrene and different amounts of ZnO in toluene and PS/ZnO nanocomposite synthesis by melt intercalation method by using different amounts of ZnO and PS that are obtained by solution polymerization of styrene. Finally, nanocomposite materials'; structural properties are determined by transmission electron microscope (TEM), thermal properties are determined by thermo gravimetric analysis (TGA), and mechanical properties are determined by Shore D hardness measurement method. In addition %monomer conversion and viscosity average molecular weight values are measured for the samples. From the fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) results; it is determined that after the ZnO modification, OA is bonded to the surface of ZnO. From the TEM images; in general ZnO's aggregation trend is not inhibited. From the TGA results; as the amount of ZnO nanoparticules increased in the structure, initial and final temperatures for degradation increased, so ZnO nanoparticules positively effects thermal stability of PS. From the Shore D results; by adding the ZnO nanoparticules to the PS structure, mechanical strength of the structure increased.