Effects of boron compounds on thermal degradation behaviour of polymers involving ester linkages

Pek çok bilimsel ve mühendislik alanının, polimer nanokompozitlere karşı katlanarak artan ilgisinin sebebi, bu kompozitlerin bilinen mikro- ve makro- kompozitleri ile karşılaştırıldığında, özelliklerinde elde edilebilen dikkat çekici iyileşmelerdir. Polimerler, oldukça iyi fiziksel özelliklerine ve piyasada kolay ulaşılabilir olmalarına rağmen, çoğunlukla düşük erime sıcaklıkları, zayıf mekanik ya da bariyer özellikleri nedeniyle kısıtlı kulanım alanı bulmaktadır. Buna bağlı olarak, polimerlerin özelliklerinin iyileştirilmesine ve polimer nanokompozitlerin geliştirilmesine büyük çaba harcanmaktadır. Pek çok çalışma, polimerlerin, ısıl karakteristiklerinin iyileştirilmesinde, polimer matrikslerine, boron bileşiklerinin eklenmesi üzerine yoğunlaşmıştır. Boron bileşikleri ile polimer zincirinde yer alan OH, COO ve CONH grupları arasında gerçekleşebilecek kondenzasyon ve/veya trans-esterifikasyon reaksiyonları, ısıl özelliklerin iyileşmesini sağlayabilir. Alev geciktiriciler gibi düşünülen boronik asit grupları, termoliz sırasında su çıkararak, boroksin ya da boronik anhidrat oluşumuna neden olmaktadır. Boronik asitlerin, yoğun fazda moleküller arası etkileşimlere yardımcı olarak, su kaybıyla, çapraz bağlı boroksin ağı oluşturduğu gösterilmiştir. Bu çalışmada, poli(laktik asit), PLA ve poli(kaprolakton), PCL gibi ana zincirinde, ya da poli(metil metakrilat), PMMA ve poli(n-bütil metakrilat), PnBMA gibi yan zincirinde ester grubu içeren metil (tallow) bis-2-hidroksietil amonyum modifiyeli montmorillonit, Cloisite 30B (C30B)`li ve Cloisite 15A (C15A)`lı polimerlerin, boron bileşikleri ile (benzen-1,4-diboronik asit (BDBA), borik asit (BA) ve çinko borat (ZB) ile kompozitleri hazırlanmış ve karaterize edilmiştir. Boron bileşik miktarının, morfoloji üzerine etkisi sistematik olarak geçirimli electron mikroskopu (TEM) ve x-ışını difraksiyonu (XRD) analizleri ile araştırılmıştır. Her iki tekniğin sonuçlarına göre, kil yapılarının polimer matrisleri içinde dağıldığı ve katmanlarının aralarının açıldığı ve kısmen ayrıldığı saptanmıştır. Kompozitlerin ısıl davranışları, direkt piroliz kütle spektrometre, termogravimetre ve diferansiyel termal analiz yöntemleri kullanılarak açıklanmıştır. BDBA ve C30B eklendiğinde, PLA ve PMMA'nın ısıl özellikleri, çapraz bağlı yapıların oluşumuyla artarken, PCL'nin ısıl kararlılığı, muhtemelen polimer omurgasındaki uzun alkil zincirin, çapraz bağ olasılığını azaltmasından kaynaklı olarak düştüğü gözlenmiştir. PnBMA için ise, C30B eklenmesi ısıl kararlılığı arttırırken, kilin BDBA ile birlikte kullanılması, ısıl kararlılıkta fark edilir bir değişime neden olmamıştır. BDBA, C30B ve polimerlerdeki ester grupları arasında trans-esterifikasyon reaksiyonları tespit edilmiştir.