Halloysit Nanotüp (HNT) Destekli Polipropilen (PP) Nanokompozitlerin Karakterizasyonu

Yıl 2022, Cilt: 38 Sayı: 3, 642 - 656, 30.12.2022

Esen Dağaşan Bulucu

Öz

Bu çalışmada HNT destekli PP matrisli nanokompozitlerin termal ve termomekanik özellikleri araştırılmıştır. Daha iyi bir dağılım elde etmek için HNT’lere iki farklı yüzey modifikasyon yöntemi uygulanmıştır. Daha sonra hem modifiye edilmiş hem de modifiye edilmemiş HNT, PP matris içerisine ekstrüzyon yöntemi ile dahil edilmiştir. Hazırlanan nanokompozitler ağırlıkça % 5, % 10 ve % 20 oranında HNT (modifiye edilmiş ve modifiye edilmemiş) içermektedir. Üretilen nanokompozitler morfolojik çalışmalar için FESEM ve X-RD yöntemleri ile karakterize edilmiştir. Ayrıca, kompozitlerin termal ve termomekanik karakterizasyonu için termagravimetrik analizler (TGA) ve dinamik mekanik analizler (DMA) de gerçekleştirilmiştir. X-RD analizleri ayrıca yüzey modifikasyonu işlemlerinin HNT’lerin düzlemlerarası mesafe değerleri üzerindeki etkisini tespit edebilmek için de kullanılmıştır. FTIR analizleri ise takviye elemanı ile matris arasındaki olası etkileşimleri incelemek için uygulanmıştır. Sonuç olarak, yüzey modifikasyonu işlemlerinin HNT’ün PP matris içerisinde dağılması üzerinde olumlu etkisinin olduğu gözlenmiştir. Ek olarak, sonuçlardan HNT ilavesinin PP matrisin termal kararlılığını ve depolama modülünü artırdığı açıkça görülmektedir.

Anahtar Kelimeler

Halloysite Nanotube, Polypropylene, Nanocomposite, Polymer Matrix Composites, Halloysite Nanotube, Polypropylene, Nanocomposite, Polymer Matrix Composites

Destekleyen Kurum

Erciyes Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi

Proje Numarası

FYL-2017-7138

Teşekkür

Bu araştırma Erciyes Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi (ERU- BAP) tarafından FYL-2017-7138 proje numarası ile desteklenmiştir. Yazarlar ayrıca Erciyes Üniversitesi Teknoloji Araştırma ve Uygulama Merkezi (TAUM) ve Erciyes Üniversitesi Nanoteknoloji Araştırma Merkezi'ne (ERNAM) nanokompozitlerin üretimi ve karakterizasyonu esnasındaki katkılarından dolayı teşekkür eder.

Kaynakça

• Shelesh-Nezhad, K., Orang, H. Motallebi M. 2012. The Effects of Adding Nano-Calcium Carbonate Particles on the Mechanical and Shrinkage Characteristics and Molding Process Consistency of PP/CaCO3 Nanocomposites. ss 357-368. Doğan, F., ed. Polypropylene, Intechopen, Croatia, 500 s.
• Dai Lam, T., Hoang, T. V., Quang, D. T., et al. 2009. Effect of Nanosized and Surface-Modified Precipitated Calcium Carbonate on Properties of Caco3/Polypropylene Nanocomposites. Materials Science and Engineering A, 501, 87–93.
• Buasri, A., Chaiyut, N, Borvornchettanuwat, N, et al. 2011. Thermal and Mechanical Properties of Modified Caco3/PP Nanocomposites. International Journal of Chemical, Molecular, Nuclear, Materials and Metallurgical Engineering, 6, 689-692.
• Bracho, D., Dougnac, V., Palza, H., et al. 2011. Functionalization of Silica Nanoparticles for Polypropylene Nanocomposites Applications. 11 Congresso Brasıleıro de Polimeros, 16-20 Ekim, Campos do Jardao, Brezilya, 1477-1482.
• Pedrazzoli, D., Khumalo, V., Karger-Kocsis, J., et al. 2014. Thermal, Viscoelastic and Mechanical Behavior of Polypropylene with Synthetic Boehmite Alumina Nanoparticles. Polymer Testing, 35, 92-100.
• Funck, A., Kaminsky, W. 2007. Polypropylene Carbon Nanotube Composites by In Situ Polymerization. Composite Science and Technology, 67, 906-915.
• Kashiwagia, T., Grulkeb, E, Hildingb, J., et al. 2004. Thermal and Flammability Properties of Polypropylene/Carbon Nanotube Nanocomposites. Polymer, 45, 4227-4239.
• Maharramov, A.M., Ramazanov, M.A., Ahmadova, A.B., et al. 2016. Thermal and Mechanical Properties of Polymer-Based Nanocomposites of Isotactic Polypropylene and Titanium Nanoparticles. Digest Journal of Nanomaterials and Biostructures, 11,365-372. Halloysıt Nanotüp (HNT) Destekli Polipropilen (PP) Nanokompozitlerin Karakterizasyonu 14
• Bahar, E., Ucar, N., Onen, A., et al. 2011. Thermal and Mechanical Properties of Polypropylene Nanocomposite Materials Reinforced with Cellulose Nano Whiskers. Journal of Applied Polymer Science, 125, 1-8.
• Marceo, A.M., Gonzalez D., Quijada R., et al. 2013. Polypropylene/Graphene Nanosheet Nanocomposites by in Situ Polymerization: Synthesis, Characterization and Fundamental Properties. Composite Science and Technology, 84, 1-7.
• DeBoest, J.F. 1995. Reinforced polypropylenes. ss 190-192. Lampman, S.R. ed 1995. Engineered Materials Handbook, ASM International, USA, 1300 s.
• Avella, M., Cosco, S, Di Lorenzo, ML., et al. 2006. Nucleation Activity of Nanosized CaCo3 on Crystallization of Isotactic Polypropylene in Dependence on Crystal Modification, Particle Shape and Coating. European Polymer Journal, 42, 1548–1557.
• Yang, K., Yang Q. 2006. Morphology and Mechanical Properties of Polypropylene/Calcium Carbonate Nanocomposites. Materials Letters, 60, 805-809.
• Prashanta, K., Soulestin, J., Lacrampe, M.F., Krawczack, P. 2009. Present Status and Key Challenges of Carbon Nanotubes Reinforced Polyolefins: A Review on Nano-Composites Manufacturing and Performance Issues. Polymers & Polymer Composites, 17, 205–245.
• Marini, J., Bretas R.E.S. 2013. Halloysite Nanotubes as Reinforcing Fillers in Polymeric Nanocomposites. Society of Plastic Engineers Plastics Research Online.
• Rawtani, D., Agrawal, Y.K. 2012. Multifarious Applications of Halloysite Nanotubes: A Review. Reviews on Advanced Materials Science, 30, 282-295.
• Bhuvana, S., Prabakaran, M. 2014. Synthesis and Characterisation of Polyamide/Halloysite Nanocomposites Prepared by Solution Intercalation Method. Nanoscience and Nanotechnology, 4(3), 44-51.
• Deng, S., Zhang J., Ye L., et al. 2008. Toughening Epoxies with Halloysite Nanotubes. Polymer, 49, 5119-5127.
• Prashanta, K., Lacrampe M.F., Krawczack P. 2013. Halloysite Nanotubes-Polymer Nano Composites: A New Class of Multifaceted Materials. Advanced Materials Manufacturing & Characterization, 1, 11-14.
• Yuan, P., Southon P.D., Liu Z., et al. 0008. Functionalization of Halloysite Clay Nanotubes by Grafting with γAminopropyltriethoxysilane. The Journal of Physical Chemistry A, 112, 15742-15751.
• Marney, D.C.O, Russel, D.Y., Wu D.Y. 2008. The Suitability of Halloysite Nanotubes as a Fire Retardant for Nylon 6. Polymer Degradation and Stability, 93, 1971-1978.
• Du, M., Guo B., Jia, D. 2010. Newly Emerging Applications of Halloysite Nanotubes: A Review. Polymer International, 59, 574-582.
• Vahabi, H., Sonnier, R., Otazaghine, B., et al. 2013. Nanocomposites of Polypropylene/Polyamide 6 Blends Based on Three Different Nanoclays: Thermal Stability and Flame Retardancy. Polimery, 58, 350-360.
• Pedrazolli, D., Pegoretti, A., Thomann, R., et al. 2015. Toughening Linear Low-Density Polyethylene with Halloysite Nanotubes. Polymer Composites, 36(5), 869-883.
• Ismail, H., Pakbakhsh, P., Fauzi, M.N.A, et al. 2009. The Effect of Halloysite Nanotubes as a Novel Nanofiller on Curing Behaviour, Mechanical and Microstructural Properties of Ethylene Propylene Diene Monomer (EPDM) Nanocomposites. Polymer-Plastics Technology and Engineering, 48, 313-323.
• Uzan, G. 2014. İtakonik asitle modifiye edilmiş stiren - bütadien kauçuk / haloysit nanotüp nanokompozitleri. İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 99 s, İstanbul.
• Kumar, S. 2015. Morphological, thermo-mechanical and fracture performance of polyamide octene) elastomer blends and their halloysite nanotube filled ternary nanocomposites. Hindistan Teknoloji Enstitüsü, Doktora Tezi, 199 s, Delhi.
• Kaygusuz, İ. 2014. Haloysit nanotüplerin polilaktitin mekanik, kristallenme ve atmosferik yaşlanma davranışlarına etkileri. Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 119 s, Ankara.
• Daly, R.C., Fleischer, C.A., Wagner, A.L., et al. 2008. Halloysite Nanotubes in Polymers. Technical Proceedings of the 2008 NSTI Nanotechnology Conference and Trade Show, 1-44.
• Fernandez, A., Muniesa, M., Gonzalez, J. 2013. Characterisation and Processing of Reinforced PA 6 with Halloysite Nanotubes (HNT) for Injection Molding. Journal of Mechanical Engineering, 59, 183-192. Halloysıt Nanotüp (HNT) Destekli Polipropilen (PP) Nanokompozitlerin Karakterizasyonu 15
• Hedicke-Hochstotter, K., Alstadt, V. 2019. Halloysite Nanocomposites: Natural Occurring Silicate Nanotubes as Reinforcement in Polyamide 6. Zeitschrift Kunststofftechnik, 5, 72-86.
• Prashanta, K., Schmitt,H., Lacrampe M.F., et al. 2011. Processing and Mechanical Behaviour of Halloysite Filled Polyamide-6 Nanocomposites. 18. International Conference on Composite Materials, Jeju Island, SOUTH KOREA, 21-26 Ağustos.
• Gaaz, T.S., Sulong, E.B., Akhtar, M.N., et al. 2015. Properties and Applications of Polyvinyl Alcohol, Halloysite Nanotubes and Their Nanocomposites. Molecules, 20, 22833-22847.
• Ramamoorthi, R., Sampath, P.S. 2015. Properties and Applications of Polyvinyl Alcohol, Halloysite Nanotubes and Their Nanocomposites. Journal of Scientific & Industrial Research, 74, 685-689.
• Komarov, P., Markina, A., Ivanov, V. 2016. Influence of Surface Modification of Halloysite Nanotubes on Their Dispersion in Epoxy Matrix: Mesoscopic DPD Simulation. Chemical Physics Letters, 653,24-29.
• Tham, W.L., Poh, B.T., Ishak, Z.A.M, et al. 2016. Characterisation of Water Absorption of Biodegradable Poly(lactic Acid)/Halloysite Nanotube Nanocomposites at Different Temperatures. Journal of Engineering Science, 12, 13-25.
• Gaaz T.S., Sulong E.B., Akhtar, M.N., et al. 2015. Morphology and Tensile Properties of Thermoplastic Polyurethane-Halloysite Nanotube Nanocomposites. International Journal of Automotive and Mechanical Engineering, 12, 2844-2856.
• Eser, N. 2010. Bazı halloysit-polimer nanokompozitlerin hazırlanması ve karakterizasyonu. Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 92 s, Ankara.
• Reliance Industries Limited. Properties of polypropylene http://www.ril.com/DownloadFiles/Polymers/re_H026SG.pdf (Erişim Tarihi: 10.30.2020).
• Gupta, B., Lacrampe, M., Krawckzak, P. 2006. Polyamide-6 Nanocomposites: A Critical Review. Polymers & Polymer Composites, 14,13-38.
• Kamble, R., Ghag, M., Gaikawad, S., Panda, B.K., 2012. Halloysite Nanotubes and Applications: A Review, Journal of Advanced Scientific Research, 3(2), 25-29.
• Kubada, P.R., Senanayake, R., 2022. Thermo-mechanical Properties of Polyethyleneimine (PEI) Modified HNTs Filled ABS/PVC Composites, Materials Today: Proceedings.
• Üner G. 2017. 3-aminopropiltrietoksisilan (APTS) ile modifiye polimer/halloysit nanotüplerinin tasarımı, sentezi ve karakterizasyonu. Hacettepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 116 s, Ankara.
• Joussein, E., Petit, S., Churchman, J., Theng, B., Righi, D., Delvaux, B. 2005. Halloysite Clay Minerals – A Review, Clay Minerals, 40(4), 383–426.