Polimetil metakrilat/çinko oksit nanokompozit sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of polymethylmethacrilate/zinc oxide nanocomposities
Yazar: HAMID GHADIRI
Danışman: PROF. DR. AYLA ALTINTEN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Günümüzde enerji ve ekonomik nedenlerden dolayı polimerler gibi hafif ve dayanıklı malzemelerin ihtiyaç talebi artmaktadır. Polimerlerin işlenme kolaylığı, mekanik davranışları, esnek yapıları ve düşük yoğunluğa sahip olmaları birçok sanayide kullanılmasına sebep olmuştur. Polimerik malzemeler metaller gibi mukavemetli malzeme değiller ve bu dezavantajı aradan kaldırmak için polimerik kompozitler ortaya çıkmıştır. Nanokompozitler en son geliştirilen kompozit malzemelerden sayılır. Yaygın kullanılan nanopartiküller titanyum oksit, çinko oksit ve geniş bir şekilde kil nanopartikülleridir. Yapılan çalışmada çinko oksit (ZnO) ve kil (bentonit) nanopartikülleri takviye malzemesi olarak kullanılmış ve metilmetakrilat (MMA) monomeri içerisinde dağıtılarak nanokompozit sentezi gerçekleştirilmiştir. Nanopartiküller sentezde kullanılmadan önce yüzey modifikasyonuna tabi tutulmuşlardır. ZnO modifikasyonu stearik asit (SA) ile, bentonit modifikasyonu ise setil- trimetil amonyum bromür (CTAB) kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Nanokompozitler emülsiyon polimerizasyonu yöntemiyle eş zamanlı ve çözelti harmanlama kullanılarak üretilmişlerdir. Emülsiyon yapıcı madde olarak sodyum dodesil sülfat (SDS) ve başlatıcı olarak potasyum persülfat (KPS) kullanılmıştır. Değişik işletim koşullarında ve farklı yüzdelerde nanopartikül katılarak hazırlanan PMMA/ZnO ve PMMA/kil numunelerin % monomer dönüşümü, viskozite ortalama molekül ağırlıkları belirlenmiş ve karakterizasyon çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Yapı analizi Fourier Dönüşümlü İnfrared Spektroskopisi (FTIR) ve X-ışını Kırınımı (XRD) , termal özellikleri Termogravimetrik Analiz (TGA), optik özellikleri Morötesi ve Görünür bölge Spektroskopisi (UV-Vis.), yapısal özellikleri Geçirimli Elektron Mikroskobu (TEM) ve sertliği Shore D cihazıyla karakterize edilmiştir. Karakterizasyon sonuçlarına dayanarak PMMA/kil nanokompozitlerinde ısıl kararlılığı artmıştır ve PMMA/ZnO nanokompozitlerinde nano-ZnO partiküllerinin UV emme özelliğine olumlu etkisi görülmüştür.

Abstract:
Today, due to energy and economic reasons, demand for light and durable materials such as polymers is increasing. Easy to use, mechanical behavior, flexible structure and low viscosity  make the polymers applicable in many industries. Polymeric materials are not resistant materials as metals, so polymeric composites have emerged to remove this disadvantage. Nanocomposites are known as one of the last developed composite materials. Titanium oxide, zinc oxide and broadly used clay nanoparticles are commonly used nanoparticles. In this study, zinc oxide (ZnO) and clay nanoparticles were used as reinforcement material and nanocomposite synthesis was carried out by dispersing nanoparticles in methyl methacrylate (MMA) monomer. Nanoparticles have been undergone surface modification prior to synthesis. Zinc oxide modification was done by stearic acid (SA) and bentonite modification was done by cetyltrimethyl ammonium bromide (CTAB). Nanocomposites were produced by using emulsion polymerization method and using in-situ and solution intercalation techniques. Sodium dodecyl sulfate (SDS) was used as the emulsifying agent and potassium persulfate (KPS) was used as the initiator. The PMMA / ZnO and PMMA / clay samples were prepared by adding nanoparticles at different operating conditions and different percentages. Then the conversion percentage and viscosity average molecular weights were determined and characterization studies were carried out. Structural analysis was done by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and X-Ray diffraction (XRD), thermal properties were determined by Thermogravimetric analysis (TGA), optical properties were specified by Ultraviolet and visible region Spectroscopy (UV-Vis.), structural properties were characterized by Transmission electron microscopy (TEM) and samples hardness was determined by Shore D instrument. Based on the characterization results, the thermal stability of the PMMA/clay nanocomposites increased and nano-ZnO particles showed positive effect on the UV absorption property in the PMMA / ZnO nanocomposites.