Fabrication and characterization of novel polymer/organo-MMT (organo-silica)/ biopolymer nanocomposite blends by reactive extrusion

Günümüzde polimer nanokompozitler endüstri ve akademik toplum için güçlendirilmiş farklı tip maddeleri elde etmede dikkat çekicidir. Farklı polimerlerin biyobozunur nanokompozitleri, çevresel sorunlar ve düzenlemeler dolayısıyla yeni ürün geliştirmelerinde ayrıca önem verilen konular arasındadır. Polimerlerin malzeme özellikleri, tabakalı silika eklenmesi, biyobozunurluğun sağlanması için polilaktik asit veya polikaprolakton bazlı polimerlerin uygun uyumlaştırıcıları ve dolgu mazlemeleri ile kullanılmasıyla iyileştirilebilir. Katmanlı nanokompozit malzeme tiplerinin farklı formlarının oluşumu sıklıkla önemli gelişmeler gösterir örneğin yüksek depolama modulüsü, gerilme ve eğilme özellikleri, gaz geçirgenliğinin azalması ve yanıcılık veya yanmaya direnç özellikleri gibi. Ayrıca bu farklı formlar biyobozurnurluk artışı da sağlamaktadır. Bu çalışmada, yeni izotaktik polipropilen bazlı çok fonksiyonlu nanokompozit malzemeler eriyik bazlı tek aşamalı reaktif ekstruzyon sistemi ile üretilmiştir. Rondol tipi çift vidalı ekipman ve önceden optimize edilmiş proses şartları kullanılmıştır. Çalışmada, eşanlı kimyasal ve fiziksel proseslerin oluşması, çok fonksiyonlu polimer karışım içeriklerinin extruzyonu ile araştırılmıştır. Reaktif karışımların içeriği şunlardan oluşmaktadır; ana matriks polimer, Polypropilen, uyumlaştırıcı olarak PP-g-MA aşılanmış kopolimer, reaktif dolgu ve ilave uyumlaştırıcı olarak kovalent bağlı sargılanmış silika nanopartiküllü kopolimer ve reaktif ODA-MMT ve reaktif olmayan DMDA-MMT kullanılarak hazırlanmış interkalasyonlu biyobozunur Polilaktik Asit (poli (D,L-lactide, PLA) veya Poli (ɛ-caprolactone) (PCL) silika katmanlı nanokompozitlerden oluşmaktadır. Nanokompozitlerin kimyasal ve fiziksel yapıları, morfolojileri, termal davranışları, mekanik/reolojik özellikleri(kesme gerilmesi ve viskozite) ve ayrıca organokil ve polyester yapı etkileri ile silika nanopartiküllerini içeren kopolimerin ana nanokompozite yapı üzerindeki etkileri, FTIR, katı fazlı 13C ve 29Si NMR, XRD, SEM-TEM, DSC-TGA ve DMA (kesme gerilmesi ve viskozite) analiz metotları ile incelenmiştir. Nanokompozitin kristallenmede, ısıl stabilitede, reolojik ve mekanik parametrelerde, yüzey ve iç morfolojide, ham matriks polimere göre önemli gelişmeler olduğu gösterilmiştir. Reaktif organokil ve PCL polyester içeren kompozitler için daha iyi sonuçlar gözlemlenmiştir. Kolloidal kopolimer-silika Nanopartiküller-NPs, yeni polipropilen kompozit yapılarında faklı katmanlar arasındaki moleküler bağlanmaların etkileşiminden dolayı iyi karışım etkisi göstermiştir. Benzer şekilde, Polipropilen bazlı ham polimer çalışmanın yanında, martiks polimer olarak EPDM elastomer, biyomühendislik poliesterleri (PLA ve PCL), PP-g-MA uyumlaştırıcı ve reaktif uyumlaştırıcı-dolgu malzemesi olarak kovalent bağlı kolloidal yapıda değişken reaktif kopolimer-g- APTS (-aminopropyl trimethoxysilane)-silika nanopartikülleri (NPs) ve organokil (reaktif ODA-MMT ve kompleksleştrici DMDA-MMT) nanodolguları içeren çok fonksiyonlu polimer karışımlı nanokompozitler üzerinde çalışmalar yapılmış ve bu kompozitler eriyik fazda tek aşamalı reaktif ekstruzyon nanoteknolojisi ile üretilmiştir. EPDM bazlı nanokompozitlerin kimyasal ve fiziksel yapıları, morfolojileri, termal davranışları, nanokompozitlerin mekanik/reolojik özellikleri ve ayrıca organokil ve polyester yapı etkileri ile silika nanopartiküllerini içeren kopolimerin ana nanokompozit yapı üzerindeki etkileri, FTIR, katı fazlı 13C ve 29Si NMR, XRD, SEM-TEM, DSC-TGA ve dinamik döner reolojik analiz metotları ile incelenmiştir. Reaktif uyumlaştırıcı ve dolgu malzeleri olarak kullanılan nanopartiküller nanokompozitlerde, dağılmış bir morfoloji oluşturulmasında önemli rol oynamaktadırlar. Bu yapısal oluşum, çok fonksiyonlu yapıdaki polimer ve nanodolgu karışımlarında eşanlı gerçekleşen etkili fiziksel ve kimyasal etkileşimlerden kaynaklanmaktadır. Bu etkileşimler, tek çevrim zamanlı (5-10 dakika) reaktif extruzyon prosesi sırasında, seçilmiş ve optimize edilmiş beş adet düşük bariyer sıcaklığında, 120 oC, 130 oC, 130 oC, 145 oC ve 145 oC, oluşmaktadırlar. Ektruzyon prosesi sırasında oluşan çok fonksiyonlu nanokompozitlerde gerçekleşen yüzeyler arası etkileşimlerinin kimyasal ve fiziksel detayları tahmin edilmiş ve raporlanmıştır. Nanokompozit yapıdaki reaktif uyumlaştırıcılar ve silika kopolimerlerindeki çok fonksiyonlu grupların etkileşimleri yine termal ve reolojik özelliklerinde, ham polimer ve poliesterlere göre büyük davranışsal farklılıklar göstermektedir.