Poli(Etilen Oksit) Kil ve Poli(Etilen Oksit) Silika Nanokompozit Malzemelerin Fourier Dönüşümlü Kızıl-Ötesi Spektroskopisi ve Polarize Işık Mikroskobu Teknikleri ile Karakterizasyonu

Abstract

Polimer nanokompozitleri, düşük orandaki nanoparçacık ilavesi ile polimerin yapısal, mekanik, ısısal ve geçirgenlik gibi özelliklerinde değişiklikler olmasını sağlayan yeni tip kompozit malzemelerdir. Bu çalışmada, poli(etilen-oksit)'in kristalleşme davranışı, polimer zincirleri ile nanotanecikler arasındaki etkileşimler, ayrı ayrı Montmorillonit kili ve silika nanoparçacıkları katılarak Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FT-IR) ve polarize ışık mikroskobu teknikleri ile incelenmiştir. Poli(etilen-oksit) (PEO)/kil ve PEO/silika nanokompozit numuneleri, tabakalı nanokompozit şeklinde çözeltide harmanlama yöntemiyle hazırlandı. Nanokompozitlerdeki FT-IR bandlarının saf PEO'dan farklı olduğu görüldü. Nanokompozitlerdeki PEO'nun eter oksijenine ait titreşim modları, eter oksijeninin kilin yüzeyinde bulunan sodyum katyonları ile koordinasyonu ve yine aynı şekilde PEO'daki eter oksijeninin hidrofilik dumanlı silikanın yüzeyindeki silanol grupları ile olan Hidrojen bağı etkileşimlerinden dolayı farklı dalga sayılarına kaydığı ve bu piklerin geçirgenliğinde önemli değişiklikler de meydana geldiği görüldü. FT-IR sonuçları PEO'nun sarmal yapısının tabakalı nanokompozitlerde bozulmadığını doğruladı. Polarize ışık mikroskobu, kil ve silika ile doldurulmuş ve doldurulmamış PEO'daki kristal morfolojiyi karşılaştırmak için kullanıldı. Saf PEO için, sferolit diye adlandırılan küresel geometriye sahip kristal tanelerinin aynı boyda ve dairesel olduğu açıkça görüldü. Hazırlanmış olan nanokompozitlerde saf PEO'ya göre sferolit boyutu kil veya silika ilavesiyle azalmıştır. Ayrıca PEO/kil ve PEO/silika nanokompozitlerindeki sferolitler anizotropik, anti sferolit şekilde, pürüzlü kenarlıdır.

Polymer nanocomposites are new generation materials that make changes in mechanical, thermal, crystallization and permeation properties by low percentage of nanoparticle loading. In this study, the interactions between polymer chains and nanoparticles and crystallization behavior of poly(ethylene oxide) (PEO) were studied in the presence of Montmorillonite (MMT) clay and silica (SIL) with Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), as well as polarized optical microscopy. Poly(ethylene-oxide) (PEO)/clay and Poly(ethlylene-oxide)/silica nanocomposites were prepared by a solution intercalation method. It was observed that the FT-IR bands of nanocomposites are different from those of neat PEO. The coordination of sodium cations with the ether oxygens of PEO, change the ether oxygen vibrational modes. Also, H-bonding interactions between the ether oxygen of PEO and the surface silanols of fumed silica lead to the ether oxygen band shift in the nanocomposites and there are significant changes on the transmittance of peaks, too. The FT-IR results indicates that in the nanocomposite the helical structure of PEO is not distorted. Polarized optical microscopy (POM) was used to compare the crystal morphology between filled and unfilled PEO. For the neat PEO, it was clearly seen that spherulites (spherical crystal particles) are similar in size and circular. For the intercalated system, the spherulite sizes vary a lot. Moreover, in these systems the spherulites are characterized by nonspherulitic shapes, with jagged edges.