PMMA/PLA/Kil biyobozunur nanokompozit sentezi ve karakterizasyonu

Yıl 2024, Cilt: 39 Sayı: 4, 2163 - 2176, 20.05.2024

Tuba Uzunoğlu Ayla Altınten

https://doi.org/10.17341/gazimmfd.1252214

Öz

Yapılan bu çalışmada, metil metakrilattan emülsiyon polimerizasyonu yöntemiyle elde edilen polimetil metakrilat (PMMA) ve farklı oranlarda (kütlece %5 ve %10) bentonit ve halloysit (HNT) kullanılarak PMMA/Bentonit ve PMMA/HNT nanokompozitleri in-situ (yerinde) ve çözeltide harmanlama yöntemleriyle sentezlenmiştir. Sentezlenen PMMA ve PMMA/kil nanokompozitleri PMMA:PLA oranı kütlece 50:50 olacak şekilde polilaktik asit (PLA) ile karıştırılarak biyobozunur PMMA/PLA, PMMA/PLA/Bentonit ve PMMA/PLA/HNT elde edilmiştir. Sentezlenen nanokompozitlerin karakterizasyon incelemeleri; Diferansiyel Taramalı Kalorimetre (DSC), Termogravimetrik Analiz (TGA) ve Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) analizleri ve Shore-D sertlik testi ile gerçekleştirilmiştir. Ayrıca kil katkılarının ve üretim yöntemlerinin biyobozunurluk üzerine etkilerini gözlemlemek üzere sentezlenen numuneler humuslu toprak ve kaktüs toprağı olmak üzere iki farklı toprağa gömülmüş ve altı ay süre ile izlenmiştir. Elde edilen nanokompozitler ile saf polimer kıyaslandığında; nanokompozitlerin sertlik değerlerinin saf polimerden çok daha yüksek olduğu, termal dayanıklılıklarının ve erime noktalarının HNT ve bentonit katkıları ile artmış olduğu tespit edilmiştir. In-situ üretim yöntemi ve çözeltide harmanlama üretim yöntemi ile sentezlenen nanokompozitler kıyaslandığında; çözeltide harmanlama ile üretilen nanokompozitlerin toprakta daha hızlı bozunduğu ve yapıda daha iyi dağılım gösterdiği tespit edilmiştir. Ayrıca kaktüs toprağının humuslu toprağa göre daha iyi bir bozunma ortamı oluşturduğu ve bentonitin halloysite göre bozunmayı daha fazla hızlandırdığı gözlemlenmiştir.

Anahtar Kelimeler

PMMA, PLA, bentonit, halloysit, emülsiyon polimerizasyonu, polimerik nanokompozit, biyobozunurluk

Destekleyen Kurum

Gazi Üniversitesi

Proje Numarası

06/2020-02

Teşekkür

Bu çalışma Gazi Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri tarafından 06/2020-02 nolu proje ile desteklenmiştir.

Kaynakça

• 1. Aslan H.Ç., Kaya M.A., Production of thermoplastic starch for polymer blending and determination of morphological, thermal, and rheological properties of thermoplastic starch/poyethylene blends, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 38 (3), 1547-1560, 2023.
• 2. Singh S.K., Chowdhury A., Thakur R.R., Mangaraj S., Sami R., Aljahani A.H., Aljuraide N.I, Helal M., Development and characterization of polyvinyl chloride/poly lactic acid blend based biodegradable polymeric films, Materials Express, 13, 632-643, 2023.
• 3. İpekoğlu B., Kurşun İ., Bilge Y. ve Barut A., Türkiye bentonit potansiyeline genel bir bakış, 2. Endüstriyel Hammaddeler Sempozyumu, 51-57, 16-17 Ekim, 1997.
• 4. Kambla R., Ghag M., Gaikawa, S. and Panda B.K., Halloysite nanotubes and application: A review, Journal of Advanced Scientific Research, 3 (2), 25-29, 2012.
• 5. Bel T., Arslan C., Baydoğan N., Production of PMMA/microsphere/montmorillonite nanocomposite, PMMA/microsphere/halloysite nanocomposite by atom transfer radical polymerization technique and comparison of mechanical properties, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 34 (20), 687-700, 2019.
• 6. Shimpi N., Borane M., Kadam M. and Mishra S., Effect of organically modified montmorillonite (OMMT) on biodegradation of PS:PLA and PS:PLA:OMMT using phanerochaete chrysosporium, Polymer Composites, 38 (7), 1292-1301, 2017.
• 7. Nikolic V., Velickovic S. and Popovic A., Biodegradation of polystyrene-graft-starch copolymers in three different types of soil, Environmental Science and Pollution Research, 21, 9877-9886, 2014.
• 8. Hao X., Kaschta J., Pan Y., Liu X. and Schubert D.W., Intermolecular cooperativity and entanglement network in a miscible PLA/PMMA blend in the presence of nanosilica, Polymer, 82, 57-65, 2016.
• 9. Kurt, A., Çağlayan, Z. ve Bektaş, H.S., Poli(metil metakrilat)/kil nanokompozitlerin hazırlanması ve bazı fiziksel özelliklerinin araştırılması, Sigma: Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi, 32 (1), 71-80, 2013.
• 10. Buruga K. and Kalathi J.T., Effects of solvents on structure, morphology and thermal stability of polystyrene-HNT’s nanocomposites by ultrasound assisted solution casting method, Materials Today: Proceedings, 4, 9434-9439, 2017.
• 11. Wu J. H., Kuo M.C. and Chen C.W., Physical properties and crystallization behavior of poly(lactide)/poly(methyl methacrylate)/silica composites, Journal of Applied Polymer Science, 132, 42378, 2015.
• 12. Fathima P. E., Panda S. K., Ashraf P. M., Varghese T.O. and Bindu J., Polylactic acid/chitosan films for packaging of Indian white prawn (Fenneropenaeus indicus), International Journal of Biological Macromolecules, 117, 1002–1010, 2018.
• 13. Khan M.S., Dhavan P.P., Ratna D., Sonawane S.S., Shimpi N.G., LDPE:PLA and LDPE:PLA:OMMT polymer composites: Preparation, characterization, and its biodegradation using Bacillus species isolated from dumping yard, Polymers Advanced Tecnologies, 32, 3724-3739, 2021.
• 14. Sudhakar Y.N., Selvakumar M., Bhat D.K., Investigations on thermo-mechanical properties of organically modified polymer clay nanocomposites for packaging application, Polymers and Polymer Composites, 29 (8), 1191-1199, 2021.
• 15. Öney F., Polistiren Kil Nanokompozitinin Sentezi ve Karakterizasyonu, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi, Fen Bilimler Enstitüsü, Ankara, 2011.
• 16. Silis H.T., Yarı-Kesikli Bir Reaktörde Poli(Stiren-ko-Metilmetakrilat)/Halloysit Nanokompozit Sentezi ve Karakterizasyonu, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 2019.
• 17. Rosli N.A., Ahmad I., Anuar F.H., Abdullah I., Application of polymethylmethacrylate-grafted cellulose as reinforcement for compatibilised polylactic acid/natural rubber blends, Carbohydrate Polymers, 213, 50-58, 2019.
• 18. Kamrupi I.R., Dolui S.K., Synthesis of polystyrene/bentonite clay nanocomposites by emulsion polymerization in aqueous and in supercritical carbon dioxide medium, Journal of Composite Materials, 45 (23), 2437-2446, 2011.
• 19. Altınten A., Orman F., Temperature controlled synthesis of polystyrene/clay nanocomposites and their characterizations, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 32 (2), 303-312, 2017.
• 20. Wagner H.L., The Mark-Houwink-Sakurada Relation for Poly(Methyl Methacrylate), Journal of Physical and Chemical Reference Data, 16 (2), 165-173, 1987.
• 21. Ramesh S., Leen K. H., Kumutha K. and Arof A.K., FTIR studies of PVC/PMMA blend based polymer electrolytes, Spectrochimica Acta Part A, 66 (4-5), 1237-1242, 2006.
• 22. Dusankova M., Pummerova M. and Sedlarik V., Microspheres of essential oil in polylactic acid and poly(methyl methacrylate) matrices and their blends, Journal of Microencapsulalation, 36 (3), 305–316, 2019.
• 23. Abdelkrim S., Mokhtar A., Djelad A., Bennabi F., Souna A., Bengueddach A. and Sassi M., Chitosan/Ag bentonite nanocomposites: preparation, characterization, swelling and biological properties, Journal of Inorganic and Organometallic Polymers and Materials, 30, 831-840, 2019.
• 24. Chang P.R., Xie Y., Wu D., Ma X., Amylose wrapped halloysite nanotubes, Carbonhydrate Polymers, 84, 1426-1429, 2011.
• 25. Hao X., Kaschta J., Liu X., Pan, Y., Schubert D.W., Entanglement network formed in miscible PLA/PMMA blends and its role in rheological and thermo-mechanical properties of the blends, Polymer, 80, 38-45, 2015.
• 26. Mazuki N.F., Nagao Y., Kufian M.Z., Samsudin A.S., The influences of PLA into PMMA on crystallinity and thermal properties enhancement-based hybrid polymer in gel properties, Materials Today: Proceedings, 49, 3105-3111, 2022.
• 27. Şengül B., Poli(Laktik Asit)/Tabakalı Silikat Nanokompozitlerin Hazırlanması, Karakterizasyonu ve Gıda Ambalajı Olarak Uygulanabilirliğinin İncelenmesi, Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 2013.
• 28. Ebadi-Dehaghani H., Barikani M., Borhani S., Bolvardi B., Khonakdar H.A., Jafari S.H., Aarabi A., Biodegradation and hydrolysis studies on polypropylene/polylactide/organo-clay nanocomposites, Poymer Bulletin, 73, 3287-3304, 2016.
• 29. Fukushima K., Abbate C., Tabuani D., Gennari M., Camino G., Biodegradation of poly(lactic acid) and its nanocomposites, Polymer Degradation and Stability, 94, 1646–1655, 2009.