İyonik sıvılarla modifiye edilmiş montmorillonitle polimer nanokompozitlerin hazırlanması
Preparation of polymer nanocomposites using modified montmorillonite with ionic liquids
Yazar: GÜLAY BAYSAL
Danışman: DOÇ. DR. HALUK AYDIN
Dicle Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Hibrit malzemeler = Hybride materials ; Nanokompozitler = Nanocomposites ; Organobentonit = Organobentonite ; İyonik sıvılar = Ionic liquids

Özet:
Nanokompozit malzemeler oldukça az miktarda (%<10) nano boyutlarda kil parçacıkları içeren mineral dolgu maddeli plastiklerdir. Parçacıklar çok yüksek boyut oranlarına ve yüksek yüzey alanına (750 -800 m2/g) sahip oldukları için, polimerin yoğunluk ve ışık geçirme özelliklerini fazla etkilemeden mekanik, ateşe dayanıklılık, ısısal ve geçirmezlik özelliklerine olumlu yönde etkilerler. Genelde, nanokompozit üretim işlemi polimer ve kuartner amonyum tuzu ile modifiye edilmiş killerin karıştırılmasıyla yapılır. Karıştırma sırasında polimer zincirleri aralanmış silikat tabakaları arasına yerleşirler.Bu çalışmada, endüstriyel anlamda uygulama şansı yüksek ve üstün özelliklere sahip polimer- organokil bazlı kompozitler elde edilmiştir. Çalışma, kil yüzeyinin ve tabakalar arası boşluğun verimli bir biçimde iyonik sıvılarla modifiye edip, uygun metodla nanokompozit elde etmeye odaklanmıştır.Çalışmada, öncelikle Na-montmorillonit (Na-MMT), 1-Bütil-3-metil imidazolyum tetrafloroborat (IL-1), 1-Butil-4-metil pridinyum tetrafloroborat (IL-2) ve 1-Metil-3-oktil imidazolyum tetrafloroborat (IL-3) iyonik sıvıları ile modifiye edildi. Elde edilen organokiller FTIR, TGA, SEM ve XRD analiz teknikleriyle karakterize edildi.İyonik sıvı moleküllerinin kil yüzeyine tutunma oranları ve tabakalar arası mesafeler incelenerek polimer-kil nanokompozit elde etmeye en uygun koşullara sahip organokil tespit edildi. İyonik sıvılarla modifikasyonun polimer-kil nanokompoziti üzerindeki etkilerini kıyaslamak amacıyla daha önceden hazırlanmış ve dodesil amonyum klorürle modifiye edilmiş Na-MMT örneği de bu çalışmada kompozit elde etmek için kullanılmıştır. Bu işlemin amacı ise, organokillerin analiz sonuçlarını karşılaştırmak ve alınan verim ölçüsünde literatür dünyasına çevre dostu ve ekonomik olma gibi avantajlar sağlayan alternatif bir çalışma örneği kazandırmaktır.Polimer-kil nanokompoizit eldesi için çok geniş kullanım alanlarına sahip dayanıklı malzemeler olması nedeniyle poliüretan polimeri tercih edilmiştir. Kullanılan yöntem ise çözeltiden harmanlama metodudur. Bu yöntem ışığında poliüretan ve organokiller toluen çözücüsü kullanılarak harmanlanmıştır. Harmanlama sonucu elde edilen nanokompozitler FTIR, TGA, DTA, DSC, XRD ve SEM analiz cihazlarıyla karakterize edildi.Sonuç olarak, iyonik sıvılarla elde edilen nanokompozitin, mekanik ve termal özellikleri önceki çalışmalarda elde edilen nanokompozitlerin değerleri ile kıyaslanmıştır. Bu üretim metodu ile atık sorunu olmaması nedeniyle çevre dostu, az malzeme kullanılarak fazla miktarda ürün elde edilmesi yönüyle de maliyet düşürücü bir malzeme üretimi sağlandı.

Abstract:
Nanocomposites are a new class of mineral-field plastics that contain relatively small amounts (<10%) of nanometer-sized clay particles. The particles, due to their extremely high aspect ratios (about 100-15000), and high surface area ( in excess of 750-800 m2/g) promise to improve structural, mechanical, flame retardant, thermal and barrier properties without substantially increasing the density or reducing the light transmission properties of the base polymer. Production of thermoplastic based nanocomposites involves melt mixing the base polymer and layered silicated powders that have been modified with hydroxyl terminated quaternary ammonium salt. During mixing, polymer chains diffuse from the bulk polymer into the vander waals galleries between the silicate layers.In this study, polymer organoclay composites were synthesized with easy-to-find, cheap ingredients and using convenient, efficient and commercially viable methods. The underlying strategy of this approach was to treat clays with appropriately chosen ionic liquids, namely, those that possessed the ability to intercalate the basal spacings of the clay.In this study firstly, Na-montmorillonit was modified with ionic liquids that 1-Bütil-3-metil imidazolyum tetrafloroborat (IL-1), 1-Butil-4-metil pridinyum tetrafloroborat (IL-2) and 1-Metil-3-oktil imidazolyum tetrafloroborat (IL-3). Obtained organoclays such as FTIR, TGA, XRD and SEM were transacted characterization with analysis device?s technique.Ionic liquid molecule?s holding on clay surface rates and the distance which is between two layer are being searched and organoclay which is the most convenient for obtaining polymer-clay nanocomposite was determined. In this study, results of organoclays which obtained with ionic lıquids will compare results of organoclay which obtained with dodecil ammonium sulphate to former a study.This method?s purpose is, to compare organoclay?s analysis result and it will be bring alternative working example which is eco-friendy and economic in literature word.For polymer-clay composites substantial we prefered polyurethan polymer because ıt can be used large usage area andı t is resistant material. Using method is mixing method from solution. In collaboration with this method ıt are be blended with polyuretan and organoclays toluen?s solvent. Nanocomposites obtained as a result of blending was be characterized with analysis device such as FTIR, TGA, DTA, DSC, XRD and SEM.As a result, nanocomposite which obtained with ıonic liquid?s mechanic and thermal feature were be compared with nanocomposits and which obtained previous study. With this production method it is eco-friendly because of ıt doesn?t have contaminant problem and also ıt was be used less material and ıt was be obtained more material.