Polistiren-Kil Nanokompozitlerin Sentezi, Termal ve Optik Özelliklerinin İncelenmesi. Adnan Kurt*, Rabia Yavuz, Gurbet Bozdağ

Benzer belgeler
Journal of Engineering and Natural Sciences Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi

Kil Nedir? Kristal yapıları birbirinden farklı birkaç mineralin oluşturduğu bir karışımın genel ismidir

YENİ BİR İLETKEN POLİMER: POLİ(3,8 DİAMİNOBENZO[c]SİNNOLİN) ELEKTROKİMYASAL ÜRETİMİ VE ELEKTROKROMİK ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ

POLİÜRETAN NANO-KOMPOZİT SENTEZİNDE KULLANILMAK ÜZERE NANO-BÖHMİT ÜRETİMİ VE İŞLEVSELLEŞTİRİLMESİ

PLAZMA TEKNİĞİ İLE POLİÜRETAN HİDROJELLERİN YÜZEY ÖZELLİKLERİNİN DEĞİŞTİRİLMESİ. Asuman Koç, Tuğba Akkaş, F. Seniha Güner a

-Adsorpsiyon özellikleri Nem tutuculuk ve su kapsamı ölçümleri...12

POLİMER/KİL NANOKOMPOZİTLERİ

Bor Karbür Üretimi ve Karakterizasyonu

KLORLU PARAFİN ve KLORLU POLİETİLENİN DEHİDROKLORİNASYONU

HYDROTERMAL YÖNTEMİYLE NİKEL FERRİT NANOPARTİKÜLLERİN SENTEZİ VE KARAKTERİZASYONU

Fatih TÖRNÜK Hasan YETİM. Erciyes Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Gıda Mühendisliği Bölümü

Sıcaklık kontrolü ile polistiren/kil nanokompozit sentezi ve karakterizasyonu

Hitit Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Kimya Mühendisliği Bölümü, 19030,ÇORUM

Polipirol ve Poliakrilonitril / Kil Kompozitlerin Hazırlanması ve Termal Özelliklerinin İncelenmesi

OPTİK MALZEMELER ARAŞTIRMA GRUBU. Metal Oksit Nano Parçacıkların 3. dereceden Doğrusal Olmayan Optik Özellikleri. Tuğçe YİĞİT

PLASTİK ATIKLARI PİROLİZ KİNETİĞİ PARAMETRELERİNİN İZOTERMAL OLMAYAN KOŞULLARDA BELİRLENMESİ

6-AMİNO-m-KRESOL POLİMERİNİN PASLANMAZ ÇELİK ÜZERİNE SENTEZİ VE KOROZYON PERFORMANSININ İNCELENMESİ *

İnorganik ve Organik Katkılı PCL Kompozitlerin Isıl ve Enzimatik Bozunma Mekanizmaları ve Kinetiği

Farklı Karıştırma Teknikleri ve Başlangıç Maddelerinden Sentezlenmiş Hidroksiapatit Tozunun Özelliklerinin İncelenmesi

İLERİ SOL JEL PROSESLERİ

T.C. ADIYAMAN ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ YÜKSEK LĠSANS TEZĠ

NANO KURġUN ÜRETĠMĠ VE KARAKTERĠZASYONU

POLİ(AKRİLAMİD-KO-SODYUM AKRİLAT)/BENTONİT NANOKOMPOZİT HİDROJELLERİN SENTEZİ VE ŞİŞME DAVRANIŞININ İNCELENMESİ

ÖZGEÇMİŞ VE ESERLER LİSTESİ

Araştırma Makalesi / Research Article Iğdır Üni. Fen Bilimleri Enst. Der. / Iğdır Univ. J. Inst. Sci. & Tech. 7(4): , 2017

T.C. KOCAELİ ÜNİVERSİTESİ. Rektörlüğü ne. Fakültemizde bulunan Ar-Ge Laboratuarı 2014 Yılı Faaliyet Raporu ektedir.

T.C. ADIYAMAN ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ YÜKSEK LĠSANS TEZĠ

Kumarin Türevli Kopolimerlerin Sentezi ve Karakterizasyonu

YMN62 SICAKLIĞA DUYARLI YENİ POLİMERLER İLE ÇAPRAZ BAĞLI HİDROJEL MATRİKS SENTEZİ VE KARAKTERİZASYONU

T.C. ADIYAMAN ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ YÜKSEK LĠSANS TEZĠ KUMARĠN HALKALI POLĠMER-MONTMORĠLLONĠT ESASLI NANOKOMPOZĠTLERĠN HAZIRLANMASI

PET FİLMLERİN SU BUHARI GEÇİRGENLİĞİNE ISIL İŞLEM ETKİSİ

ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ NANOKİL POLİMER KOMPOZİTLERİNİN SENTEZ VE KARAKTERİZASYONU. Sadık Erdem YALÇINKAYA

Oleik Asidin Dimerleşme Reaksiyonu Kinetiğinin İncelenmesi

(2,3-Difenil-1,3-oksazolidin-5-il)metil Metakrilat ın Metil Metakrilat ile Kopolimerlerinin Sentezi, Karakterizasyonu ve Termal Özellikleri

MEYAN KÖKÜ ÖZÜTLEMESİNDE MİKRODALGA VE SOKSLET YÖNTEMLERİNİN ETKİSİ PROJE DANIŞMANLARI SELDA SEZER MALATYA 29 HAZİRAN-8 TEMMUZ 2012

Zeyfiye TEZEL Mehmet KARACADAĞ

POLİETİLEN ATIKLARIN PİROLİZİ

ALETLİ ANALİZ YÖNTEMLERİ

YÜKSEK YOĞUNLUKLU POLİETİLEN VE POLİPROPİLEN ATIKLARIN AKIŞKAN YATAKTA PİROLİZİ

ÇANAKKALE BOĞAZINDAKİ CHLOROPHYTA ENTEROMORPHA YOSUNUNDAN POTASYUM HİDROKSİT DESTEKLİ KATALİZÖR VARLIĞINDA BİYODİZEL ELDESİ

POLİETİLEN (PE), POLİPROPİLEN (PP) VE POLİSTİREN (PS) POLİMERLERİNİN, TURBA İLE KARIŞIMLARININ YANMA KİNETİKLERİNİN İNCELENMESİ

Amorf ve Nanoyapılı Yeni Bir Ni 3 (OH) 2 V 2 O 7.3H 2 O Bileşiğinin Sentezi ve Yapısal Karakterizasyonu

Yüzüncü Yıl Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi/ Journal of The Institute of Natural & Applied Sciences 17 (1):6-12, 2012

KOBALT KATKILI ZnO İNCE FİLMLERİN OPTİK ÖZELLİKLERİ. OPTICAL PROPERTIES OF Co DOPED ZnO THIN FILMS

KOMPOZİTLER Sakarya Üniversitesi İnşaat Mühendisliği

NİŞASTA-AKRİLİK ASİT GRAFT KOPOLİMERLERİN Pb 2+ VE Cu 2+ İYONLARININ UZAKLAŞTIRILMASINDA KULLANIMI

FOSFİN METAL KOMPLEKSLERİNİN FİZİKSEL ÖZELLİKLERİ * The Physical Properties Of Phosphine Metal Complexes *

DÜŞÜK SICAKLIKTA BERRAK ÇÖZELTİLERDEN MFI TİPİ TOZ ZEOLİT SENTEZİ

POLİMER KİMYASI -4. Prof. Dr. Saadet K. Pabuccuoğlu

HDPE / KİL NANOKOMPOZİTLERİNİN HAZIRLANMASI, TERMAL, REOLOJİK ve GAZ GEÇİRGENLİK ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ

1,3-bis-(p-iminobenzoik asit)indan Langmuir-Blodgett filmlerinin karakterizasyonu ve organik buhar duyarlılığı

MİKRODALGA YÖNTEMİYLE NİKEL FERRİT NANOPARTİKÜLLERİN SENTEZİ VE KARAKTERİZASYONU

Saflaştırılmış kil ve onun organokili ile hazırlanan kil-pva nanokompozitlerinin sentezlenmesi ve karakterizasyonu

POLİPROPİLEN-ZEOLİT KOMPOZİTLERİN TERMAL ÖZELLİKLERİNDE SİLAN BAĞLAYICILARIN ETKİSİ

HİDROKSİAPATİT NANOPARÇACIKLARININ SENTEZİ

PROJENİN ADI POLİMER KATKILI ASFALT ÜRETİMİNİN ARAŞTIRILMASI. Danışman: Doç.Dr. İsmet KAYA. Zeyfiye TEZEL Mehmet KARACADAĞ

GRUP ORGANİK BUĞDAY NİŞASTASINDAN ÜRETİLEN BİYOPOLİMERİN UYGULAMALARI

Sb 2 Te 3 ve Bi 2 Te 3 İÇERİKLİ YARI İLETKEN ALAŞIMLARIN ÜRETİMİ ve TERMOELEKTRİK, YAPISAL, MİKROYAPISAL ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ ÖZET

GRUP BAKTERİYOFAJ ANTİ-BAKTERİYEL BOYAR KAPLAMAÇÖZELTİSİ HAZIRLANMASI

POLİPROPİLENİN FARKLI TİPTE ZEOLİTLER ÜZERİNDEKİ ISIL-KATALİTİK BOZUNMASININ İNCELENMESİ

Mikroemülsiyon Fazının Nano-Boyutta Titanyum Dioksit Tanelerinin Sentezlenmesine Etkileri

Temel Kimya Eğitim İçeriği

SINAV SÜRESİ 80 DAKİKADIR. BAŞARILAR. Terim Açıklama Örnek

BORUSAL (TUBULAR) AKIŞ REAKTÖRÜ

METİL METAKRİLATIN İZO-BÜTİL METAKRİLAT İLE ÜÇ KOLLU KOPOLİMERLERİNİN SENTEZİ, KARAKTERİZASYONU VE MONOMER REAKTİVİTE ORANLARININ BELİRLENMESİ

POLİANİLİN/KLİNOPTİLOLİT KOMPOZİTLERİNİN SENTEZİ VE KARAKTERİZASYONU

A- LABORATUAR MALZEMELERİ

POLİ-o-FENİLENDİAMİN/CdO NANOKOMPOZİTLERİNİN SENTEZİ VE KARAKTERİZASYONU

ATIKSULARDA FENOLLERİN ANALİZ YÖNTEMİ

RM39 SU + PROPİYONİK ASİT + OLEİL ALKOL SİSTEMİ ÇÖZÜNÜRLÜK DENGELERİNİN İNCELENMESİ

ÇAPRAZ BAĞLI BORU ÜRETİMİNDE SİLAN AŞILANMIŞ POLİETİLENİN SU İLE ÇAPRAZ BAĞLANMA REAKSİYONUNUN DSC VE FTIR İLE İNCELENMESİ

Örnek hazırlama birimi

Bu çalışmada, Su tutucu özelliği olmayan polistirene boraks ilavesi ile su tutma kapasitesinin kazanıp-kazanmadığının araştırılması amaçlanmıştır.

METAL OKSALAT HİDRATLARI

TÜBİTAK-BİDEB Kimya Lisans Öğrencileri (Kimyagerlik, Kimya Öğretmenliği, Kimya Mühendisliği) Araştırma Projesi Eğitimi Çalıştayı KİMYA-1 ÇALIŞTAY 2010

Hacettepe Üniversitesi, Kimya Mühendisliği Bölümü, 06532, Beytepe, ANKARA

ANADOLU ÜNivERSiTESi BiliM VE TEKNOLOJi DERGiSi ANADOLU UNIVERSITY JOURNAL OF SCIENCE AND TECHNOLOGY CiltlVo!': 4 - Sayı/No: 2 : (2003)

YAPICA KARARLI POLİMETİL AKRİLAT(PMA)/YAĞ ASİDİ KOMPOZİT KARIŞIMLARININ HAZIRLANMASI, KARAKTERİZASYONU VE ENERJİ DEPOLAMA ÖZELLİKLERİNİN BELİRLENMESİ

S. SÖNMEZ a, F.M. EMEN b, A. EGE c, E. EKDAL d, K. OCAKOĞLU e, T. KARALI d, N. KÜLCÜ a

Erciyes Üniversitesi Gıda Mühendisliği Bölümü Gıda Analizleri ve Teknolojisi Laboratuvar Föyü Sayfa 1

ÇANAKKALE-ÇAN LİNYİTİNİN KURUMA DAVRANIŞI

Geranioksi Sübstitüentli Mononükleer Metalli Ftalosiyaninlerin Sentezi ve Karakterizasyonu. Ayşegül Yazıcı*, Ezgi Yılmazer

Metalurji Mühendisliğine Giriş. Yrd. Doç. Dr. Rıdvan YAMANOĞLU

Hidrojen Depolama Yöntemleri

Dalga boyu aralığı Bölge. Dalga sayısı aralığı (cm. ) Yakın Orta Uzak

Maleik Anhidrit Vinil Asetat Kopolimerinin Ester ve Karboksilat Tuz Türevlerinin Sentezi ve Karakterizasyonu

BENZENİN NİTROLANMASINDA GRAFİTİN KATALİZÖR OLARAK ETKİSİNİN ARAŞTIRILMASI

DOKUZ EYLÜL ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ MÜDÜRLÜĞÜ DERS/MODÜL/BLOK TANITIM FORMU. Dersin Kodu: MME 5057

GRUP MARMARA. PROJE DANIŞMANI Doç. Dr. Fatih ALGI. Doç Dr. Murat KAHVECİ. PROJE TEKNİSYENİ Ferah Cömert ÖNDER. Kolonyada Metanol Tespiti

Benzofuran sübstitüe kalkonların sentezi

Polistiren Üzerinde Klorlama Çalışmaları

YMN59 YAKIT HÜCRELERİ İÇİN NANO BOYUTTA YİTRİYUM OKSİT STABİLİZE ZrO 2 (YSZ) ELEKTROLİT HAZIRLAMA YÖNTEMLERİNİN KARŞILAŞTIRILMASI

KİMYA BAKLAGİLLERİN AYÇİÇEK YAĞINA ETKİSİNİN SIVI DETERJANLA KIYASLANMASI GRUP PAK

T.C. BİLECİK ŞEYH EDEBALİ ÜNİVERSİTESİ BİLİMSEL ARAŞTIRMA PROJELERİ HAZIRLAMA VE DEĞERLENDİRME YÖNERGESİ ÖZGEÇMİŞ FORMU

Biyobozunur ve anti-kanserojen kitosan/benzaldehit modifikasyonu ve nanokompozitinin haz rlanmas

Pınar Seven Accepted: March Mehmet Coşkun Series : 3A

SABUN SENTEZİ (Yağların Hidrolizi veya Sabunlaştırılması)

Gıda Analizlerinde Toksik Madde Tayini LC-GC Aplikasyonu Tanım:

YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ

Katyon Değişim Reaksiyonu ile Organokil Sentezi ve Karakterizasyonu. Synthesis and Characterization of Organoclay via Cation Exchange Reaction

Transkript:

Adıyaman Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi 3 (2) (2013) 58-70 Polistiren-Kil Nanokompozitlerin Sentezi, Termal ve Optik Özelliklerinin İncelenmesi Adnan Kurt*, Rabia Yavuz, Gurbet Bozdağ Adıyaman Üniversitesi, Fen Edebiyat Fakültesi, Kimya Bölümü, 02040, Adıyaman akurt@adiyaman.edu.tr Özet Bu çalışmada, sodyum montmorillonit (Na-MMT) kilinin vinilbenzildimetilhekzadesil amonyum klorür (VHAC) kuaterner amonyum tuzu ile katyon değişimi gerçekleştirilerek organomodifiye kil (OVHAC) sentezlendi. Polistiren-kil (PS/OVHAC) nanokompozitleri yerinde polimerizasyon metodu ile hazırlandı. FT-IR tekniği ile organomodifiye kil ve PS/OVHAC nanokompozitleri karakterize edildi. Organokillerin ve hazırlanan polimer kil nanokompozitlerin tabakalar arası uzaklıkları X-ışını difraksiyonu (XRD) ile aydınlatıldı ve polimer matrisi içinde kil dağılımının exfoliye dağılım sergilediği belirlendi. Nanokompozitlerin termal davranışları ve termal bozunma aktivasyon enerjileri termogravimetrik analiz metodu (TGA) ile araştırıldı. Spin kaplama tekniği ile hazırlanan polimer ince filmlerin optik karakterizasyonu UV-VIS spektrofotometre ile 340 nm ile 700 nm dalgaboyu aralığında test edildi. Anahtar Kelimeler: Polimer-kil nanokompozitleri, Termal degradasyon kinetiği, Aktivasyon enerjisi, Optik özellikler. Synthesis of Polystyrene-Clay Nanocomposites, Investigation of Thermaland Optical Properties Abstract In this study, the organomodified clay (OVHAC) was synthesized by the cation exchanging of sodium montmorillonite clay (Na-MMT) with the quaternary ammonium salt, vinylbenzyldimethylhexadecylammonium chloride (VHAC) Polystyrene-clay nanocomposites (PS/OVHAC) were synthesized by in situ polymerization method. Organomodified montmorillonit clay and PS/OVHAC nanocomposites were characterized by

FTIR technique. The interlayer spacing of the organoclay platelets and the polymer clay nanocomposites were determined by X-ray diffraction spectroscopy. It was determined that the clay dispersion in the polymer matrix was exfoliated. Thermal behaviors and thermal degradation activation energies of nanocomposites were determined by thermogravimetric analysis method (TGA). Theoptical characterization of polymer thin films prepared by spin coating technique was tested with a UV-VIS spectrophotometer at 340 nm-700 nm wavelength range. Keywords: Polymer-clay nanocomposites, thermal degradation kinetics, activation energies, optical properties. Giriş Polimer kil nanokompozitleri, katkısız polimerler ile karşılaştırıldığında, ileri düzeyli fiziksel, mekaniksel ve kimyasal özelliklerinden dolayı günümüzde güncel çalışma alanları içindedir [1, 2]. Polimer kil nanokompozitleri, genel olarak, bir polimer matrisi içinde nanokil tabakalarının dağılması sonucu hazırlanır. Kil mineralleri, polimer kil nanokompozitlerinin hazırlanmasında en yaygın kullanılan nanodolgu malzemelerdir. Bu mineraller içinde özellikle montmorillonit (MMT) türü, bazı önemli avantajlarından dolayı dikkat çekicidir [3]. Killer hidrofilik inorganik bileşikler olduğundan genellikle hidrofobik karakterli polimerler ile karışmazlar. Bu nedenle, hem karışabilirliğin sağlanabilmesi ve hem de tabakalar arası mesafenin arttırılabilmesi için killer, genellikle uzun zincirli alkil amonyum tuzları ile modifiye edilirler. Bunun yanı sıra, doğayla özdeş, ucuz ve büyük miktarlarda temin edilebilmesi killeri oldukça avantajlı kılmaktadır. Yüksek oranda %50 ye kadar kilin kullanıldığı makro kompozitlere nazaran, nanokilin sadece %0,5 - %7 gibi çok düşük oranda kullanılmasında dahi termal ve mekaniksel özelliklerde yüksek oranda iyileştirme sağlar [4]. Nanokiller bir polimerik matris içinde dağıtıldığında iki tip polimer/kil nanokompozit elde edilir. Birincisi, polimer zincirlerinin tabakalar arasına yerleştiği ve tabakaların genişlediği interkale yapılardır. Düzenli kil tabakaların şekli korunmaktadır ve bu yapı X-ışını difraksiyonu (XRD) ile kolaylıkla belirlenebilir. Diğer bir yapı olan exfoliye yapılarda ise silikat tabakaları birbirinden tamamen ayrılır ve her bir tabaka polimer matriksi içinde gelişigüzel yayılır [5]. Bu durumda tabakalı yapı bozulduğundan XRD duyarlı olamaz. Bu açıdan, exfoliye nanokompozitlerin terkale olanlardan daha iyi özellik sergiler [6]. Nanoskobik skalada kil dağılımının başarıldığı eriyik birleştirme, yerinde polimerizasyon, emülsiyon/süspansiyon polimerizasyonu ve çözeltide karıştırma gibi değişik teknikler mevcuttur [5]. 59

Polistiren (PS) kolay işlenebilen ve değişik amaçlarda kullanılan önemli bir sanayi termoplastiğidir. PS polimer-kil içerikli çok sayıda nanokompozitin farklı yöntemler uygulanarak hazırlandığı literatürde açıklanmıştır [7-11]. Qu ve arkadaşları [7] emülsiyon polimerizasyon yöntemi ile exfoliye PS-kil nanokompozitlerini geliştirmişlerdir. Yaptıkları çalışmada eksfoliyekompozit örneklerinin saf polistirene göre termal bozunma sıcaklıklarının yaklaşık 19 o C daha yüksek olduğunu bildirmişlerdir. Qiu ve arkadaşları [8] exfoliye PS /ZnAl LDH nanokompozitleri hazırlamış ve nanodolgunun polimer matriksi içine dağılımını XRD ve TEM ile analiz etmişlerdir. Nanokompozit malzemelerde termal bozunma sıcaklığının daha yüksek olduğu tespit edilmiştir. Wang ve arkadaşları [9] yaptıkları çalışmada, PS/organofilik MMT (OMMT) nanokompozitlerini serbest radikalik polimerizasyon yöntemi ile hazırladıklarını, OMMT yüklenmesiyle nanokompozitin termal bozunma sıcaklığının saf PS e göre 10-50 o C daha yüksek olduğunu göstermişlerdir. Ayrıca elde edilen nanokompozitlerin saf PS e göre daha düşük dielektrik sabitlerine sahip oldukları bulunmuştur. Yeh ve arkadaşları [10] yaptıkları çalışmada yerinde polimerizasyon yöntemi ile PS/MMT nanokompozitlerinin hazırlanışını bildirmişlerdir. Malzemelerin ileri düzeyde termal kararlılık ve antikorozif etki gösterdiklerini göstermişlerdir. Kim ve arkadaşları [11] termal olarak kararlı alkil fosfonyummodifiye kili kullanarak direkt eritme interkalasyon yöntemiyle interkalesindiotaktik PS/organofilik kil nanokompozitlerini geliştirmişlerdir. Nanokompozitlerinkristalizasyon oranlarının kil yüklenmesi ile önemli bir değişim sergilemediği ve öte yandan işlenmemiş polimere göre termal ve mekaniksel dayanım gösterdikleri açıklanmıştır. Polimerlerin termal stabilitilerine bağlı olarak termal davranışlarının araştırılması birçok uygulama için zorunludur. Bu amaçla, termal davranışların incelenmesinde termogravimetrik analiz metodu (TGA), basit kullanımı ve kesin sonuç vermesi bakımından oldukça yaygın kullanılan bir tekniktir [12,13]. TGA metodu aynı zamanda polimerlerin termal bozunma aktivasyon enerjilerinin tespitinde de kullanılmaktadır [14]. Son zamanlarda nanokompozit malzemelerin termal degradasyon kinetiğinin araştırılmasına yönelik yeni çalışmalar yapılmıştır. Wang ve arkadaşları [15], poli(etilenteraftalat) ve MMT karışımı nanokompozitlerin sistematik olarak termo-oksidatif degradasyonunu incelemişlerdir. Krishna ve Pugazethi [5], çözeltide karıştırma yöntemi ile PS/organokil nanokompozitlerinin sentezini ve termal degradasyon kinetiğini araştırmışlardır. Yapılan çalışmada reflux sıcaklığı ve zamanı gibi deneysel şartlar değiştirilerek kil yüklenmesi ile exfolasyon oranının değişimi ayrıca incelenmiştir. Termal kararlılığın nanokompozitlerde daha yüksek olduğu belirtilmiştir. Achilias ve arkadaşları [16], bio-bozunabilir poli(3-hidroksibütirat)/ organomodifiye 60

montmorillonit nanokompozitlerin termal degradasyon kinetiğini araştırmışlardır. Farklı yüzdeliklerdeki polimer-organokil nanokompozitlerini eriyik karıştırma yöntemi ile hazırlamışlardır. Karakterizasyon XRD yöntemi ile başarılmış ve nanokil takviyesi ile termal davranışlarda meydana gelen değişimler TGA analizi ile açıklanmıştır. Yapılan literatür araştırmalarında, polimer matrisine nanokilin takviyesi ile elde edilen polimer kil nanokompozitlerinin sertlik, esneklik, yanma direnci ve gaz bariyer özelikleri gibi fiziksel ve kimyasal özelliklerinin incelenmesinde birçok çalışma mevcuttur. Organokil yüklenmesiyle özellikle yanma dirençlerinde meydana gelen değişimler çalışmaların çoğunluğunu oluşturmaktadır. Buna rağmen, polimer kil nanokompozitlerin termal bozunma kinetiği ve özellikle optik özellikleri üzerinde çok az sayıda çalışma bulunmaktadır. Bu nedenle; mevcut çalışma, en yaygın polimer türlerinden biri olan polistirenin, organomodifiye nanokil ile oluşturacağı nanokompozitlerin sentezini, ısıl dirençleri, termal bozunma kinetiği ve optik özelliklerini araştırmaktadır. Deneysel Çalışma Kimyasal Maddeler Vinilbenzil klorür, dimetilhekzadesilamin ve katyon değişim kapasitesi bilinen doğal Na-Montmorillonit K-10 kili (KDK = 120 meq/100 g kil) Sigma-Aldrich firmasından hazır temin edildi. Stiren (Sigma-Aldrich) monomeri polimerizasyon öncesi %5 lik NaOH çözeltisi ile ekstrakte edilerek saflaştırıldı. Benzoil peroksit (Merck) metil alkolde kristallendirildikten sonra polimerizasyon başlatıcısı olarak kullanıldı. Enstrümental Teknikler Organomodifiye kil ve polimer-kil nanokompozitlerinin FT-IR spektrumları bir Perkin Elmer Spectrum 100 ile kaydedildi. XRD analizlerinde Rigaku RINT 2000 Kutup Şekli (Pole Figure) analiz sistemi kullanıldı. Nanokompozitlerin termal davranışları termogravimetrik analiz (TGA) yöntemi ile araştırıldı. Bu amaçla SEIKO SII 7300 TG/DTA sistemi kullanılarak nanokompozitler 10 o C/dakika ısıtma hızıyla azot gazı atmosferinde oda sıcaklığından 500 o C ye kadar kontrollü olarak ısıtıldı. Laurell WS-400-6NPP-Lite spin kaplama cihazı ile polimer nanokompozitlerin ince filmleri hazırlandı. UV-VIS ölçümleri bir Perkin Elmer Lambda 25 UV/VIS Specrophotometer ile 300 nm - 700 nm dalgaboyu aralığında kaydedildi. 61

Vinilbenzildimetilhekzadesil Amonyum Klorür (VHAC) Sentezi Vinilbenzildimetilhekzadesil amonyum klorür (VHAC) sentezi için; vinilbenzil klorür (0.0459 mol, 7.00 g) dietil eter çözücüsünde dimetilhekzadesilamin (0.069 mol, 18.52 g) üzerine damla damla ilave edildi. Karışım oda sıcaklığında 72 saat süreyle magnetik karıştırıcıda karıştırıldı. Oluşan beyaz çökelek süzüldü. Dietil eter ile üç kez yıkandı ve daha sonra etil asetatta kristallendirildi. VHAC sentezi Şema 1 de özetlendi. Şema 1.Vinilbenzildimetilhekzadesil amonyum klorür (VHAC) sentezi Organokil (OVHAC) Sentezi 1.5 g sodyum montmorillonit kili 750 ml saf su bulunan 1 L lik beher içinde 12 saat süreyle magnetik karıştırıcıda karıştırıldı. Süre sonunda, ayrı bir beherde; 0.8346 g VHAC (kilin KDK değeriyle hesaplanan miktarının kütlece %10 fazlası) 100 ml saf su içerisinde çözüldü ve önceki aşamada elde edilmiş homojen kil karışımına eklendi. Katyon değişiminin tamamlanması amacıyla, karışım oda sıcaklığında 24 saat süre ile karıştırıldı. Oluşan beyaz çökelek süzüldü ve saf su ile yıkandı. Cl - varlığı yıkama süzüntüsünün 0.1M AgNO 3 çözeltisi ile titrasyonundan test edildi. Klorür iyonları tükeninceye kadar yıkamaya devam edildi. Organomodifiye kil (OVHAC) vakumlu etüvde oda sıcaklığında 24 saat süreyle kurutuldu. Daha sonra OVHAC kili havanda dövülerek toz haline getirildi ve 21 mikronluk elekten elendi. 62

Polistiren-OVHAC Nanokompozitlerin Sentezi Polistiren-kil nanokompozitleri yerinde polimerizasyon metodu ile hazırlandı. Bu amaçla, her bir polimerizasyon tüpüne 5 ml stiren monomeri ve stirenin kütlece %1, %3 ve %5 oranında OVHAC organokili eklendi. Kil tabakalarının stiren tarafından şişebilmesi için karışımlar magnetik karıştırıcı ile 1 saat süreyle karıştırıldı. Bu karışımlara benzoil peroksit (0.05 g) ilave edildi ve 15 dakika süreyle Argon gazında tekrar karıştırıldı. Daha sonra tüpler önceden 60 o C ye ayarlanmış yağ banyosuna daldırıldı ve 24 saat sonunda polimerizasyon sonlandırıldı. Polimer çözeltileri metanol içinde iki kez çöktürüldü ve vakum altında kurutuldu. Sonuçlar ve Tartışma Şekil 1a, Vinilbenzildimetilhekzadesil amonyum klorürün (VHAC) FTIR spektrumunu göstermektedir. Bu şekilde, 2850-3100 cm -1 de alifatik ve aromatik C-H gerilme titreşimleri, 1630 cm -1 de alifatik C=C gerilme titreşimi ve 1600 cm -1 de aromatik C=C gerilme titreşimi en karakteristik bandlardır. VHAC ile organomodifiye edilen kilin (OVHAC) FTIR spektrumunda (Şekil 1b) ise 3600 cm -1 OH gerilmesine, 2850-2924 cm -1 alifatik C-H gerilme titreşimlerine, 1630 cm -1 alifatik C=C gerilme titreşimine, 1009 cm -1 Si-O gerilme titreşimlerine atfedilmiştir. Kilden (3600 cm -1 ve 1009 cm -1 ) ve VHAC tan (2850-2924 cm -1 ve 1630 cm -1 ) kaynaklanan titreşimlerin aynı spektrumda yer alması saf kilin organik modifiye olduğunu karakterize etmektedir. Benzer yaklaşım Zhang ve arkadaşları tarafından önerilmiştir [17]. Tüm kil yüzdeliklerinde hazırlanan PS-OVHAC nanokompozitlerinin FTIR spektrumlarında aynı frekanslarda benzer soğurmalar görüldüğünden, bu kompozitlere ait spektrumların tamamı makale içinde yer verilmemiştir. Ancak, %3 organokil içeren PS- OVHAC nanokompozitine ait FTIR spektrumu örnek olarak değerlendirilmiş ve Şekil 1c de spektrum gösterilmiştir. Bu spektrumda 3100-2850 cm -1 aromatik ve alifatik C-H gerilmeleri, 1600 cm -1 aromatik C=C gerilmesi için karakteristiktir. Düşük katkı yüzdesinden dolayı organokile (OVHAC) ait bandlar görülmemiştir. Ancak Si-O gerilmesine atfedilen küçük band OVHAC ı karakterize ettiği düşünülmüştür. 63

Şekil 1. FTIR spektrumları a) VHAC, b) OVHAC ve c) PS-OVHAC (%3) X-ışını difraksiyonu (XRD) tekniği kullanılarak hazırlanan polistiren-kil nanokompozitlerin tabakalar arası uzaklıkları ve polimer matrisi içinde kil dağılımının exfoliye/interkale davranışları araştırıldı. Şekil 2, organomodifiye kilin (OVHAC) XRD analizini göstermektedir. Literatürde Na-MMT doğal kiline ait kırınım açısı (2Ɵ) 9,9 o dolaylarındadır [18]. Doğal kil VHAC ile modifiye edildiğinde 2Ɵ açısı daha düşük değerlere kaymakta ve 8,7 o de küçük bir pik, 3,8 o de ise oldukça yayvan bir pik şeklinde görülmektedir. Kil tabakaları arasındaki bu interkalasyon değişimi, kil tabakalarının kısmen birbirinden ayrıldığını ve doğal kilin organomodifikasyonunun başarıldığını göstermektedir [19]. %1, %3 ve %5 OVHAC organokili içeren PS-OVHAC nanokompozitlerine ait XRD eğrileri Şekil 2 de gösterildi. Bu eğrilerde, test edilen 2Ɵ açı bölgesinde herhangi bir pikin görülmemesi, kil tabakalarının birbirinden tamamen ayrılarak polimer nanokompozitlerin exfoliye davranış sergilediğini kanıtlamaktadır. Gözlemlenen bu özellik literatürle uyum içindedir [17, 20, 21]. 64

Şekil 2. Nanokompozitlerin XRD analizi Termogravimetrik analiz metodu (TGA) kullanılarak nanokompozitlerin termal davranışları incelendi. Farklı yüzdeliklerdeki kil takviyeli nanokompozitlere ait termogramlar Şekil 3 de gösterildi. Polistiren içindeki OVHAC organokil oranı arttıkça, polimerik nanokompozit malzemelerin termal kararlılığında artış görülmüştür. 10 C/dakika ısıtma hızında saf PS nin başlangıç bozunma sıcaklığı 352 C iken, %1, %3 ve %5 kil takviyeli nanokompozitleri için sırasıyla 365 C, 371 C ve 373 C şeklinde değişmektedir. Buna göre katkısız PS e göre %5 kil içeren polimer nanokompozitin termal kararlılığı en yüksek değerdedir. Nanokompozitlerin termal davranışlarına ait bazı değerler Tablo 1 de özetlenmiştir. Tablo 1. Nanokompozitlere ait TGA verileri Polimer Nanokompozitleri T başlangıç T bitiş T %50 ( C) ( C) ( C) 400 C de 500 C de %Ağırlık %Artık Kaybı Katkısız PS 352 447 410 24,4 0,2 PS-OVHAC (%1) 365 464 418 19,4 0,9 PS-OVHAC (%3) 371 465 428 12,7 2,93 PS-OVHAC (%5) 373 464 430 12 4,7 65

Şekil 3. PS nanokompozitlerin termogramları. a) Katkısız PS, b) PS-OVHAC (%1), c) PS-OVHAC (%3); d) PS-OVHAC (%5) Şekil 4. Farklı ısıtma hızlarındaki TGA termogramları. a) 5 C/dak, b) 10 C/dak, c) 15 C/dak, d) 20 C/dak. 66

Termal degradasyon kinetiği sadece %3 kil içeren nanokompozit için değerlendirildi. Bu amaçla, termogravimetrik analiz metoduyla 5, 10, 15 ve 20 C/dak ısıtma hızlarındaki bozunma eğrilerinden (Şekil 4) yararlanıldı. Isıtma hızı arttıkça nanokompozitin bozunma sıcaklıklarında artış görüldü. Nanokompozit malzemenin termal bozunma aktivasyon enerji değerleri Flynn-Wall-Ozawa metoduna [22, 23] göre tayin edildi. Bu metot, reaksiyon mertebesi ve bozunma mekanizması gerekmeksizin aktivasyon enerjilerinin belirlenmesinde kullanılan metottur [24]. Flynn-Wall-Ozawa metodu için %7 - %23 dönüşüm değerlerinde ölçümler alındı. Farklı dönüşümlerde tespit edilen 1000/T sıcaklık değerlerine karşı logβ değerleri Şekil 5 de grafiğe geçirildi. Elde edilen bir seri doğrunun eğiminden, her bir dönüşüm yüzdesine karşılık gelen aktivasyon enerji değeri ayrı ayrı hesaplandı ve Tablo 2 de verildi. Bu değerler arasında polimer için ortalama aktivasyon enerji değeri 173.3 kj/mol olarak hesaplandı. Şekil 5. Farklı bozunma yüzdeliklerinde çizilen Flynn-Wall-Ozawa doğruları. Tablo 2. Flynn-Wall-Ozawa metoduna göre belirlenen aktivasyon enerjileri % Bozunma Ea (kj/mol) 7 156.2 11 161.2 12 166.7 14 171.7 16 176.5 18 180.7 20 184.8 23 188.9 67

Spin kaplama tekniği ile cam yüzey üzerine kaplanan polimer ince filmlerin optik özellikleri bir UV-VIS spektrofotometre ile 320 nm -700 nm dalgaboyu aralığında ölçüldü. Cihaz üzerinde polimer ince filmlerin absorbans ve geçirgenlik değerleri direkt olarak analiz edildi. A+T+R=1 eşitliğince filmlerin reflektans değerleri hesaplandı [25]. Nanokompozitlerin reflektans değerlerinin artan dalgaboyu ile azalım sergilediği görüldü. Aynı zamanda nanokompozitlerde kil oranı arttıkça reflektans değerlerinde bir artışın varlığı tespit edildi. %5 Oranında nanokil içerikli kompozitin reflektans değeri en yüksek değerde iken katkısız PS için en düşük değerdedir. Nanokompozitlerin geçirgenlik değerleri artan dalgaboyu ile bir artış sergiledi. Nanokompozitlerde kil oranı yükseldikçe geçirgenlik değerlerinde bir azalma görüldü. Şekil 6. Kırılma indisi dalgaboyu ilişkisi. a) PS-OVHAC (%1), b) PS-OVHAC (%3), c) PS-OVHAC (%5) Nanokompozit malzemelerin kırılma indisi değerleri ölçülerek optik karakterizasyonu başarıldı. Kırılma indisi değerleri, artan dalgaboyu ile bir azalış sergiledi [26, 27]. Bu değişim polimer kil nanokompozitleri için Şekil 6 da görülmektedir. Bu şekilden, nanokompozit içindeki kil oranı arttıkça kırılma indisi değerlerinde bir artışın varlığı tespit edildi. Buna göre, 320 nm dalga boyunda %1, %3 ve %5 kil içerikli nanokompozitlerin kırılma indisi değerleri sırasıyla 1,62; 2,18 ve 2,44 olarak ölçüldü. 68

TEŞEKKÜR Bu çalışmanın yürütülmesinde TÜBİTAK 2209-A programı çerçevesinde mali destek sağlayan TÜBİTAK a teşekkür ederiz. Kaynaklar [1] J. H. Park, S. C. Jana, Polymer, 2003, 44, 2091. [2] C. E. Powell, G. W. Beall, Solid State Mater. Sci., 2006, 10, 73. [3] L. A. Utracki, M. Sepehr, E. Boccaleri, Polym. Advan.Technol., 2007, 18, 1. [4] J. W. Gilman, Appl. Clay. Sci., 1999, 15, 31. [5] S. V. Krishna, G. Pugazhenthi, J. Appl. Polym. Sci., 2011, 120, 1322. [6] T. H. Kim, S. T. Lim, C. H. Lee, H. J. Choi, M. S. Jhon, J. Appl. Polym. Sci., 2003, 87, 2106. [7] Q. Longzhen, Q. Baojun, J. Colloid Interf. Sci., 2006, 301, 347. [8] L. Z. Qiu, W. Chen, B. J. Qu, Polym. Degrad. Stabil., 2005, 87, 433. [9] H. W. Wang, K. C. Chang, J. M. Yeh, S. J. Liou, J. Appl. Polym. Sci., 2004, 91, 1368. [10] J. M. Yeh, S. J. Liou, C. G. Lin, Y. P. Chang, Y. H. Yu, C. F. Cheng, J. Appl. Polym. Sci., 2004, 92, 1970. [11] M. H. Kim, C. I. Park, W. M. Choi, J. W. Lee, J. G. Lim, O. O. Park, J. M. Kim, J. Appl. Polym. Sci., 2004, 92, 2144. [12] A. Kurt, J. Appl. Polym. Sci., 2009, 114, 624. [13] C. A. Wilkie, Polym. Degrad. Stabil., 1999, 66, 301. [14] A. Kurt, E. Kaya, J. Appl. Polym. Sci., 2010, 115, 2359. [15] D. Y. Wang, Y. Z. Wang, J. S. Wang, D. Q. Chen, Q. Zhou, B. Yang, W. Y. Li, Polym. Degrad. Stabil., 2005, 87, 171. [16] D. M. Achiliasa, E. Panayotidoua, I. Zuburtikudis, Thermochim. Acta, 2011, 514, 58. [17] W. A. Zhang, D. Z. Chen, H. Y. Xu, X. F. Shen, Y. E. Fang, Eur. Polym. J., 2003, 39, 2323. [18] S. L. Madurai, S. W. Joseph, A. B. Mandal, J. Tsibouklis, B. S. R. Reddy, Nanoscale Res. Lett., 2011, 6, 15. [19] X. Fan, C. Xia, R. C. Advincula, Colloid. SurfaceA., 2003, 219, 75. [20] X. Fu, S. Qutubuddin, Material. Lett., 2000, 42, 12. [21] X. Fu, S. Qutubuddin, Polymer, 2001, 42, 807. [22] J. H. Flynn, L. A. Wall, J.Polymer Sci. B PolymerLett., 2003, 5, 191. [23] T. Ozawa, J. Therm. Anal. 1986, 31, 547-551. 69

[24] L. Nunez, F. Fraga, M. R. Nunez, M. Villanueva, Polymer, 2000, 41, 4635. [25] H. M. Zidan, M. Abu-Elnader, Physica B, 2005, 355, 308. [26]. Rodrıguez, M. G mez,. Ederth, G. A. Niklasson, C. G. Gran vist, Thin Solid Films, 2000, 365, 119. [27] A. Kurt, Turk. J. Chem., 2010, 34, 67. 70