Montmorillonit/polimer nanokompozitlerde fosfonyum tuzunun termal stabilite ve mekanik özelliklere etkisi
Effect of phosphonium salt on thermal stability and mechanical behaviour of montmorillonite/polymer nanocomposites
Yazar: BURAK BAYSAL
Danışman: YRD. DOÇ. DR. KENAN ÇİNKU
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining

Özet:
Bu çalışmada, fosfonyum tuzları ile modifiye edilmiş Reşadiye Na-bentonitinin polimer nanokompozitlerde kullanılabilirliği ve polimerin termal ve mekanik özellikleri üzerindeki etkisi araştırılmıştır.Tez çalışmaları kapsamında, literatürde yaygın olarak kullanılmakta olan HTAB ve amonyumlu bileşiklere oranla termal açıdan daha stabil durumda olduğu düşünülen HTPB-34, HTPB-28 ve TPPB fosfonyum tuzları kullanılarak montmorillonit yüzeyi modifiye edilmiştir.Organik kil üretimi öncesinde kil-surfaktan arasındaki etkileşimlerin ortaya konulabilmesi amacıyla konsantre Reşadiye Na-bentonitinin öncelikle adsorpsiyon özellikleri belirlenmiştir. Özellikle literatürde daha önce çalışılmamış bir konu olan fosfonyum tuzlarının montmorillonit yüzeyine adsorpsiyonu başarıyla gerçekleştirilerek UV/Visible Spektrometresi yardımıyla montmorillonitin HTPB-34, HTPB-28 ve TPPB adsorpsiyon özellikleri tespit edilmiştir.Organokil ürünleri, yukarıda bahsedilen surfaktanların değişik konsantrasyonlarda kullanılmasıyla elde edilmiştir. Bu kapsamda organokillerin modifikasyon derecelerinin ve termal özelliklerinin belirlenmesi amacıyla çok sayıda XRD ve TGA analizi yapılmıştır. Yapılan değerlendirmeler doğrultusunda, artan surfaktan konsantrasyonuna bağlı olarak organokillerin bazal boşluk mesafesinin (d001) arttığı fakat kil yüzeyine adsorbe olan organik bileşik miktarının artması nedeniyle de termal dayanımlarının genel anlamda azalma eğiliminde olduğu tespit edilmiştir. Kullanılan surfaktanlar arasında bir kıyaslama yapıldığında ise TPPB-MMT ürünlerinin 500oC üzerinde dahi bozunmayan dikkate değer bir termal dayanıma sahip organokiller olduğu belirlenmiştir.Nanokompozit ürünler ise saf montmorillonit (MMT) ve belirlenen konsantrasyonlarda HTAB, HTPB-34, TPPB ve HTPB-28 surfaktanları ile modifiye edilerek üretilmiş organokillerin PP, PS ve PBT polimerleri içerisine ilavesiyle elde edilmiştir. PP ve PS nanokompozitleriyle yapılan TGA ve DMA incelemeleri sonucunda PP nanokompozitlerin organokil katkısıyla termal dayanımlarında 50oC'ye varan iyileşme sağlandığı ancak mekanik özelliklerinde önemli bir iyileşme sağlanamadığı, PS nanokompozitlerde ise bu durumun aksine termal dayanımda azalmalar meydana gelirken mekanik dayanımlarda %164'lere varan iyileşmeler sağlandığı görülmüştür.

Abstract:
In this thesis, the use of Resadiye Na-Bentonite modified with phosphonium salts in polymer nanocomposites, and the effect of phosphonium salts on thermal and mechanical properties of polymer were investigated in details.In the scope of the thesis, the surface of montmorillonite was also modified using HTAB, and HTPB-34, HTPB-28 and TPPB phosphonium salts which are thought to have better thermal stability compared to ammonium compounds.First, adsorption properties of purified Resadiye Na-Bentonite were determined in order to specify the interactions between clay particles and surfactant molecules Adsorption of phosphonium salts on the surface of montmorillonite, most particularly a subject which has never been studied before, was successfully implemented and adsorption properties of montmorillonite for HTPB-34, HTPB-28 and TPPB were determined by UV/Visible Spectrometry.Orgonaclay products were obtained using different concentrations of the above mentioned surfactants. In that respect, numerous XRD and TGA analyses were conducted in order to identify the thermal properties and modification degrees of organoclays. According to the assessments, it was determined that the basal spacing (d001) of organoclays increases with increasing surfactant concentration. However thermal stability usually tends to decrease with increasing the amount of organic compounds adsorbed on clay surface. Comparison of surfactants used in this research, indicate that the TPPB-MMT products are organoclays which have significant thermal stability as no degradation was observed even at temperatures over 500oC.Various nanocomposites products were produced by adding pure montmorillonite and organoclays modified with the specific concentrations of HTAB, HTPB-34, TPPB and HTPB-28 surfactants into the PP, PS and PBT polymers. According to the TGA and DMA analyses carried out with the PP and PS nanocomposites, the addition of organoclays enhanced thermal stability near 50oC without any significant improvement in mechanical properties for PP nanocomposites. For PS nanocomposites, while thermal stability decreases, improvements around 164% in mechanical strength were observed as a contrast to the first case.