Siklohekzanon Formaldehit Reçine / Kil Nanokompozitlerinin In Sıtu Hazırlanması

Abstract

Polimer / kil nanokompozitlerin, klasik kompozitlerdeki katkı oranına (>50%) karşın, çok düşük miktarda tabakalı silikat (1-5%) eklenmesiyle bile, birçok özelliklerinde gelişmişlik gözlenir. Ticari reçineler; genellikle katı, düşük molekül ağırlıklı ve kolay işlenebilir malzemelerdir. Genellkile selüloz nitrat ve alkid reçineler ile karıştırılarak yüzey kaplama uygulamalarında kullanılırlar. Bu reçinelerin en çok yüzey kaplama, vernik, mürekkep, tekstil ve kağıt endüstrisinde katkı maddesi olarak kullanılırlar. Önceki çalışmalar, ketonik reçinelerin, tek aşamalı in situ modifikasyon ile, polidimetilsiloksanlarla kopolimer oluşturabileceğini göstermektedir. Bu çalışmada, in situ modifikasyon ile elde edilen siklohekzanon formaldehit reçine örnekleri ve bunların nanokompozitleri MMT kilinin (katyon değiştirme kapasitesi 80 meq / 100 g olan, ortalama tanecik boyutu 10 μm ve yoğunluğu 2,6 g cm3 olan montmorillonite) ve amin sonlu polidimetilsiloksanın (bis(3-adminopropyl) in situ reaksiyon ortamına bazik ortamda direk eklenmesi ile elde edildi.Kütlece %0.5 ten %3’ e kadar değişik kil oranları denendi. Bu yöntemle PDMS modifiyeli polymer / kil nanokompozitleri bir aşamada sentezlenmiş oldu. Elde edilen örneklerin karekterizasyonu, fourier dönüşümlü infrared spektroskopi (FTIR-ATR), nükleer manyetik rezonans spektroskopisi (NMR), kademeli tarayıcılı kalorimetri (DSC), termal gravimetrik analiz (TGA), X ışınları kırınımı (XRD) ve taramalı elektron mikroskopisi (SEM) ile yapıldı. FTIR-ATR sonuçları ile siklohekzanon formaldehit reçinesinin karekterisitk pikleri yanı sıra, PDMS’ in Si-O-Si ve Si-CH3 gerilim pikleri ve kil moleküllerinin Si-O deformasyon pikleri gözlemlendi. 1H-NMR spektroskopi ile reçine kopolimer örneklerindeki metilol köprüleri, N-H ve Si-CH3 pikleri gözlemlendi. Kilin reçine kopolimer örnekleri içerisindeki dağılımı ile meydana gelen termal davranışındaki değişimler DSC ve TGA ile incelendi. Nanokompozitlerdeki camsı geçiş sıcakları (Tg), bozunmanın başlama sıcaklğı ve belirli değerlerdeki kalıntı miktarları belirlendi. Nanokompozitlerdeki kil tabakaları ve tabakaların basal boşluk mesafeleri XRD ile incelendi. Kilin polimerik reçine içerisindeki dağılımı ve örneklerin morfolojileri SEM ile incelendi.

Polymer / layered silicate nanocomposites show enhanced properties, opposed to the high volume fraction loading (>50%) in traditional advanced composites, at very low volume fraction loading (1-5%) of layered silicates. Commercial resins are generally solid materials with low molecular weight and they can be processed easily. They are often mixed with cellulose nitrate and alkyd resins for coating applications. This type of resins are mainly used in surface coatings, varnishes, inks, textile and paper industries as additive materials. Previous studies demonstrated the synthesis of copolymers of CF resins is possible with polydimethylsiloxanes (PDMS) by one step method of in situ modification of ketonic resin. In this study, in situ modified cyclohexanone formaldehyde resin samples and nanocomposite forms of these resins were prepared from direct addition of MMT clay (montmorillonite: whose cation-exchange capacity is 80 meq / 100 g sodium, average particle sizes are smaller than 10 μm, density is 2,6 g cm3) and amine chain ended polydimethylsiloxane (bis(3-adminopropyl) terminated), DA.PDMS, in the presence of base catalyst. Different clay contents (from 0,5 to 3 wt%) were used to produce clay modified nanocomposite resins. With this method PDMS modified polymeric nanocomposite material would be synthesized in one step. The characterizations of the final samples were performed by fourier transform infrared spectroscopy (FTIR-ATR), nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR), differential scanning calorimetry (DSC), X-ray diffractometer (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). In FTIR-ATR measurements, with the characteristic peaks of neat cyclohexanone formaldehyde resin, Si-O-Si stretch and Si-CH3 peaks of PDMS and Si-O deformation peaks of clay were obtained for nanocomposite resin copolymer samples. Methylol bridges, N-H and Si-CH3 bonds of resin copolymer samples observed with using 1H-NMR spectroscopy. The effect of the clay amount on the thermal properties of materials were investigated by DSC. Glass transition temperatures (Tg) of resin and resin / clay nanocomposite samples were determined. Basal spacing betwen clay sheets in nanocomposites investigated and calculated by XRD. Distribution of clay particles in polymeric resin matrix and morphology of samples were determined with SEM.