Polistirenle modifiye epoksi reçine bazli nanokompozit ve hibrit kompozitlerin üretimi ve karakterizasyonu

Abstract

Bu çalışmada, matris belirlenmesinde ilk önce bisfenol-A tipi epoksi reçine ile epoksi fenolik novolak (EFN) reçinelerinin kürleşme dereceleri hesaplanmış ve çalışmaya EFN ile devam edilmesine karar verilmiştir. EFN reçinesi, kütlece %1-5 termoplastik polistiren (PS) atığı ile modifiye edilerek en uygun oran %4 PS seçilerek ilk kez polimer matris olarak kullanılmıştır. İki tip kompozit hazırlanmıştır: (i) kütlece %1-4 nanokil (NK) içeren nanokompozitler ve (ii) hibrit kompozitler. Saf (NK) ve tetrametilamonyum klorür (TMAC) ile modifiye edilmiş nanokil (MNK), kütlece %15-35 kırmızı çamur atığı (KÇ) içeren hibrit kompozitlerde en uygun kütlece %2 oranında kullanılmıştır. Nanokillerin kimyasal yapıları Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi (FTIR) ile aydınlatılmış, partikül boyutu analizi ile karakterize edilmiştir. Nano ve hibrit kompozitlerin yüzey morfolojisi, Taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve X-ışını kırınımı (XRD) ile karakterize edilmiştir. PS, NK ve KÇ'nin kompozitlerin mekanik, dinamik-mekanik, termal ve yanıcılık özellikleri üzerindeki etkileri araştırılmıştır. EFN-PS matrisinin yanması, NK/MNK ve KÇ eklenmesiyle azalmıştır. Ayrıca, hibrit kompozit kaplamaların korozyona karşı koruma özellikleri, %5 NaOH, HCl ve NaCl çözeltilerine daldırma testi ile belirlenmiştir. Hibrit kompozitlerin su sorpsiyonu %1-3,6 ile %1-5,3 arasında değişirken EFN-PS/NK nanokompozitlerde %0,82-1,02 arasında değişmiştir. Hibrit kompozitlerin korozif ortamda baz ve tuz çözeltileri için kütle artış yüzde değerleri (sırasıyla %0,59-0,75 ve %0,46-0,59) su sorpsiyonuna göre çok daha düşük olarak belirlenmiştir. Hibrit kompozit kaplamaların morfolojileri, korozyon testlerinden önce ve sonra taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile, yüzey özellikleri ise mikroskop ile incelenmiştir. %2 MNK-%30 KÇ hibrit kompozit, bazik ve tuzlu ortamlardaki yüksek korozyon direnci, depolama modülü, kayıp modülü ve camsı geçiş sıcaklığı (Tg) değerleri (90,6°C) nedeniyle %2 NK-%30 KÇ kompozitine göre daha uygun bulunmuştur.

In this study, firstly, the curing degrees of bisphenol-A type epoxy resin and epoxy phenolic novolac (EPN) resins were calculated for matrix determination and it was decided to continue with EPN. EPN resin was modified with 1-5% by mass of thermoplastic polystyrene (PS) waste and the most suitable ratio was selected as 4% PS and used as the polymer matrix for the first time. Two types of composites were prepared: (i) nanocomposites containing 1-4% by mass of nanoclay (NC) and (ii) hybrid composites. Pure (NC) and tetramethylammonium chloride (TMAC) modified nanoclay (MNC) were used in hybrid composites containing 15-35% by mass of red mud waste (RMW) at the most appropriate rate of 2% by mass. The chemical structures of nanoclays were elucidated by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and characterized by particle size analysis. The surface morphology of nano and hybrid composites was characterized by Scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD). The effects of PS, NC, and RMW on the mechanical, dynamic-mechanical, thermal and flammability properties of composites were investigated. Burning of the EPN-PS matrix decreased with the addition of NC or MNC and RMW. In addition, the corrosion protection properties of hybrid composite coatings were determined by immersion test in 5% NaOH, HCl, and NaCl solutions. The water sorption of hybrid composites ranged from 1-3.6% to 1-5.3%, while it ranged from 0.82 to 1.02% in EPN-PS/NC nanocomposites. The mass increase percentage values (0.59-0.75% and 0.46-0.59%, respectively) of the hybrid composites for the base and salt solutions in the corrosive environment were determined to be much lower than the water sorption. The morphologies of hybrid composite coatings were examined with scanning electron microscopy (SEM) before and after corrosion tests, and surface properties were examined with a microscope. 2% MNC-30% WC hybrid composite is more suitable than 2% NC-30% WC composite due to its high corrosion resistance, storage modulus, loss modulus, and glass transition temperature (Tg) values (90.6°C) in basic and salty environments found.