Maleik anhidritle graftlanmış oligomerlerin ve i-PP/silikat nanokompozitlerin tepkimeli ekstrüzyon yöntemiyle sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis of maleic anhydride grafted oligomers and i-PP/silikat nanocomposites by reactive extrusion and their characterization
Yazar: AZİZ YILMAZBAYHAN
Danışman: PROF.DR. ZAKİR RZAYEV
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2006
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Polimer bazlı tabakalı silikat nanokompozitleri son yıllarda birçok araştırmacınındikkatini çeken organik/inorganik hibrit malzemelerindendir. Polimerlerle uyumununsağlanması ve polimer zincirlerinin silikat galerilerine nüfuz edebilmesi amacıylasilikat tabakaları alkilamin (C6-20) gruplarıyla modifiye edilmektedir. Poliolefinlerinsilikat tabakalarıyla daha uyumlu hale gelmesi için ise fonksiyonel monomerlerlegraftlanarak modifiye edilmektedirler. (1) Sunulan çalışmanın ilk aşamasında, MA'nınPP'e graftlanması işlemi gerçekleştirilmiştir. Graftlama, oligomer oluşturmak üzeretepkimeli ekstüzyonda herhangi stabilizör madde içermeyen i-PP kullanılarakperoksit (DCP) varlığında ve termo-oksidatif ortamda gerçekleştirilmiştir. En yüksekgraftlama derecesi [MA] = %2 ve [DCP] = %3, gövde sıcaklığı 175 oC ve vida dönüşhızı 30 rpm iken elde edilmiştir. i-PP'nin termal bozunur şartlarında oligomerleşerekMA monomerinin i-PP zincirinin bozunma reaksiyonlarının kısmen önlenmesinde vekontrol edilebilmesinde stabilizör olarak önemli rol üslendiği gözlenmiştir; (2)Çalışmanın kinci aşamasında, farklı MA içeriklerine sahip oligo(i-PP-g-MA)'ler içereni-PP(%80)/Oligo(i-PP-g-MA)(%15)/organik silikat (Organo-MMT)-(%5) nanokompozit-ler eriyik fazda çift vidalı ekstrüderde belirlenen şartlarda sentezlenmiştir; (3) Üçüncüaşamada ise sentezlenen oligo(i-PP-g-MA)'lerin ve nanokompozitlerin kimyasal vefiziksel yapıları, kompozisyonları, termal ve kristalinite davranışları tayin edilmiştir; (4)Son bölümde, nanokompozitlerin nano-yapıların oluşum mekanizmasını MAbirimlerinin silikat tabaka yüzeydeki dodesilamin gruplarıyla in situ fiziksel (kompleksoluşumu) ve kimyasal (amidleşme/imidleşme) reaksiyonlara tabi olmaları ile izahedilmiştir. Ayrıca açıklanan nano-yapıların oluşum mekanizması üç farklı yapısalmodel kullanarak desteklenmiş ve değerlendirilmiştir.Anahtar Kelimeler: zotaktik polipropilen, maleik anhidrit, organo-montmorilonit(MMT), tepkimeli ekstrüzyon, graftlama, bozunma, graft oligomerler,nanokompozitler, polimer kompozisyon-özellik ilşkileriDanışman: Prof. Dr. Zakir M. O. Rzayev, Hacettepe Üniversitesi, MühendislikFakültesi, Kimya Mühendisliği Bölümüi

Abstract:
Recently, one of the most promising organic/inorganic hybrid systems is polyolefinbased layered silicate nanocomposites became very attractive materials for bothresearchers and industry. In nanocomposites, to increase the compatibilization ofinorganic phase to organic (polymeric) phase in order to let the polymer chainsintercalate into silicate galleries, silicates modified with alkylamines (C6-20). Toimprove the compatibility with silicate phase, polyolefins modified via grafting withfunctional monomers. (1) In the first stage, grafting process of MA to PP was studied.Grafting reactions performed in twin screw extruder with peroxide (DCP) andstabilizator-free i-PP in termo-oxidative conditions to form oligomers. The highestgrafting degree achieved with MA concentration [MA] = %2, [DCP] = %3, Tgövde=175oC and screw speed = 30 rpm. It was observed that MA plays a stabilizing role in theinhibation and control of i-PP degradation reactions; (2) In the second stage of thestudy, /organic silicate (organo-MMT)-(%5)i-PP(%80)/Oligo(i-PP-g-MA)(%15)(dodecylamin modified montmorillonite) was synthesized in melt by using a twinscrew extruder and oligo(i-PP-g-MA)s having different MA content. Used processconditions: Tgövde =185 oC, and screw speed = 30 rpm; (3) In the third stage,synthesized oligomers and nanocomposites and their chemical and physicalstructures, compositions, thermal and crystallinity behaviors were determined usingdifferent methods of analyses; (4) In the last stage, mechanism of nanocompositeformation was explained by in situ physical (complex formation) and chemical(amidization/imidization) reactions of MA units on oligomers and dodecylaminegroups of silicate surface layers. In addition, this proposed mechanism of nano-structure formation was also explained by three different structural models.Keywords: Isotactic polypropylene, maleic anhydride, organo-montmorilonite (MMT),reactive extrusion, grafting, degradation, graft oligomers, nanocomposites, polimercomposition-property relationshipAdvisor: Prof. Dr. Zakir M. O. Rzayev, Hacettepe University, Faculty of Engineering,Department of Chemical Engineeringii