Poliolefin Nanokompozitlerin Özelliklerine Farklı Uyumlaştırıcıların Etkisinin Araştırılması

Abstract

Bu çalışmada, çeşitli oranlarda polietilen (PE) ve polipropilen (PP) matrislerle modifiye killer ve çeşitli uyumlaştırıcılar kullanılarak nanokompozitler hazırlanmıştır. Bu nanokompozitler eriyik karştırma methodu ile çift vidalı ekstrüder kullanılarak hazırlanmıştır. Ekstruder çalışma sıcaklığı olarak 70°C/170°C /170°C /175°C /185°C /185°C /190°C /190°C /195°C /195°C /205°C /210°C /210°C sıcaklıkları seçilmiştir. PE/kil nanokompoziti hazırlamak için iki farklı kil %5 oranında iki farklı uyumlaştırıcı farklı oranlarda kullanılmıştır. Kullanılan I-30 kili birincil amin modifiyeli ve I-44 kili ise dörtlü amonyum modifiyeli killerdir ve hazırlanan örneklerde killer ağırlıkça %5 olarak kullanılmıştır. Uyumlaştırıcı olarak polietilen kopolimer maleik anhidrit (PE-co-MA) veya polietilen aşılanmış maleik anhidrit (PE-g-MA) kullanılmıştır. PE-co-MA içeren nanokompozitlerde uyumlaştırıcı oranı ağırlıkça %5, %10, %15 seçilerek hazırlanmıştır. PE-g-MA içeren nanokompozitlerde ise uyumlaştırıcı oranı ağırlıkça %15 seçilerek hazırlamıştır. PP/kil nanokompozitleri hazırlanırken ağırlıkça %5 oranında I-44 kil ve uyumlaştırıcı olarak PE-co-MA veya polipropilen aşılanmış maleik anhidrit (PP-g-MA) kullanılmıştır. Hazırlanan örneklerde ağırlıkça %5 ve %15 PE-co-MA veya ağırlıkça %15 PP-g-MA uyumlaştırıcı kullanılmıştır. Hazırlanan nanokompozit örnekleri XRD, DSC ve universal test cihazı kullanılarak, morfolojik, termal ve mekanik özellikleri incelenmiştir. Kül testi, Izod darbe testi, Shore-D sertlik testi ve kızgın tel (650°C) testi her bir örnek için uygulanmıştır. Kül testi sonuçları her bir örnekte ağırlıkça %5 oranında kil konduğunu göstermiştir. XRD sonuçları ise nanokompozitlerde tabakalar arası açılmanın olduğu ve tabakaların kısmi dağıtılmış olduğunu göstermiştir. DSC sonuçlarına göre nanokompozitlerde dağılma arttıkça kristalinitenin de arttığı gözlemlenmiştir. Ayrıca nanokompozitlerde PE-co-MA uyumlaştırıcı oranı arttıkça mekanik dayanımın daha iyi arttığı ortaya çıkmış, %15 PE-co-MA içeren örnek en iyi sonucu vermiştir. Tüm örnekler kızgın tel deneyinden de başarıyla geçmiştir.

In this study, the polyolefin nanocomposites having different compositions of polyethylene (PE) or polypropylene (PP) matrix, modified clay and different compatibilizers were prepared by melt mixing method by using co-rotating twin screw extruder. The temperature zones was choosen as 70°C/170°C /170°C /175°C /185°C /185°C /190°C /190°C /195°C /195°C /205°C /210°C /210°C in the extruder. In the production PE/clay nanocomposites, two types of organoclays as 5wt% and two different compatibilizers with different amounts were used. The used clays were I-30 (primary amine modified) and I-44 (quaternary ammonium modified). The used compatibilizers were polyethylene maleic anhydride copolymer (PE-co-MA) or polyethylene grafted maleic anhyride (PE-g-MA). For the PE-co-MA containing nanocomposites, 5wt%, 10wt% and 15wt% of compatibilizer were used. The PE-g-MA was used only 15wt%. In addition, PP/clay nanocomposites were prepared with the I-44 clay in order to make the comparison. PP nanocomposites were prepared with the PE-co-MA or polypropylene grafted maleic anhydride (PP-g-MA) compatibilizers. The used amounts are of 5wt% and 15wt% for PE-co-MA and 15wt% for PP-g-MA. The nanocomposites were characterized by XRD, DSC, and universal testing machine morphologically, thermally, and mechanically respectively. Ash test, Izod impact test, Shore-D hardness test, and glow wire (650°C) tests were also applied to the specimens. Ash tests showed that the added values of clays provide the 5% organoclay addition The partial exfoliation was observed for these nanocomposite from XRD measurements. As expected, as dispersion of nanocomposites increases, the % crystallinity also increases. In addition, the mechanical properties increase by using the PE-co-MA compatibilizer. The glow wire test was done to the materials to extinguish flame ability. All PE & PP nanocomposite samples achieved the test at temperature of 550°C and 650°C.