Utjecaj koncentracije titanijeva dioksida na svojstva poliakrilatnih sustava

master's thesis

• Title (english): Influence of titanium dioxide concentration on the properties of polyacrylate systems
• Author: Matija Brkić
• Mentor: Sanja Lučić Blagojević (mentor)
• Committee member: Mirela Leskovac (predsjednik povjerenstva)
• Committee member: Iva Movre Šapić (član povjerenstva)
• Committee member: Zvonimir Katančić (član povjerenstva)
• Granter: University of Zagreb; Faculty of Chemical Engineering and Technology; Zagreb
• Defense date and country: 2021-09-29, Croatia
• Scientific / art field, discipline and subdiscipline: TECHNICAL SCIENCES; Chemical Engineering

Abstract

Poliakrilati (PAK) su polimeri koji imaju veliku primjenu u zaštiti materijala zbog svojih svojstva pa se koriste kao zaštitni premazi. Dodavanjem određenih nanopunila u polimer, kao što je titanijev dioksid (TiO2), dobiva se nanokompozit znatno boljih svojstva u odnosu na čisti polimer. Cilj ovog rada je utvrditi utjecaj koncentracije TiO2 nanočestica na svojstva poliakrilatnog filma nakon izlaganja ultraljubičastom (UV) zračenju. Filmovi PAK/TiO2 pripremani su na dva načina: in situ emulzijskom polimerizacijom i ex situ načinom pripreme. Na PAK/TiO2 filmovima je provedena karakterizacija s ciljem određivanja: morfologije, promjene temperature staklastog prijelaza (Tg), kemijskih strukturnih promjena, topljivosti u tetrahidrofuranu (THF) te raspodjele molekulskih masa. Mikrografije filmova su pokazale da ex situ načinom pripreme dolazi do stvaranja aglomerata u filmu, dok in situ polimerizacijom aglomerati nisu bili vidljivi što ukazuje na znatno bolju dispergiranost čestica tijekom in situ polimerizacijom nego ex situ načinom pripreme. Rezultati diferencijalne pretražne kalorimetrije (DSC) su pokazali da izlaganjem filmova UV zračenju dolazi do povećanja staklišta zbog umrežavanja u strukturi. Također, filmovi pripremani in situ polimerizacijom imaju manju temperaturu staklišta u odnosu na film pripreman ex situ, a razlog tome je lošija dispergiranosti čestica tijekom ex situ pripreme. Rezultati infracrvene spektroskopije s Fourierovom transformacijom (FTIR) ukazuju na strukturne promjene u filmovima čistog PAK-a te filmovima dobivenim ex situ postupkom uzrokovane UV zračenjem, dok za filmove pripremane in situ nema znatnih promjena. Otapanje filmova u THF-u rezultiralo je otapanjem PAK i PAK/TiO2 filmova koji nisu bili izloženi UV zračenju i oni koji su bili izloženi samo 24 sata, dok filmovi izlagani UV zračenju 72 sata te 144 sata nisu se otopili u THF-u. To ukazuje da duljim izlaganjem filmova UV zračenju dolazi do procesa umrežavanja PAK-a. Rezultati kromatografije isključenjem po veličini (GPC) pokazali su da UV zračenjem u vremenu od 24 sata dolazi do promjena u raspodjeli molekulskih masa koje izraženije su u ex situ sustavima nego in situ sustavima.

Abstract (english)

Polyacrylates (PAK) are polymers which are widely used for the protection of materials due to their properties so they are used as protective coatings. Adding certain nanofillers into a polymer, such as titanium dioxide (TiO2), produce a nanocomposite with significantly better properties compared to the pure polymer. Purpose of this thesis is to determine influence of TiO2 nanoparticles concentration on the properties of polyacrylate film after exposure to ultraviolet (UV) radiation. PAK/TiO2 films are prepared in two ways: by in situ emulsion polymerization and by ex situ preparation. Purpose of characterization PAK/ TiO2 films is to determine: morphology, temperature of glass transition (Tg), chemical structural changes, solubility in tetrahydrofuran (THF) and molecular weight distributions. Micrographs of films showed that with ex situ preparation filler agglomerates are formed in the film, while in films prepared by in situ polymerization agglomerates were not visible, which indicates significantly better particles dispersion during in situ polymerization than ex situ preparation. The results of differential scanning calorimetry (DSC) showed that exposure of UV radiation leads to an increase in glass transition temperature due to crosslinking in the structure. Also, films prepared by in situ polymerization have a lower glass transition temperature compared to film prepared ex situ due to worse particle dispersion. The results of infrared spectroscopy with Fourier transformation (FTIR) indicate structural changes in pure PAK films and films prepared by ex situ process due to UV radiation, while for films prepared in situ there are no significant changes. Dissolution of films in THF resulted in dissolution of PAK and PAK/TiO2 films that were not exposed to UV radiation and films that were exposed only 24 hours, while films exposed to UV radiation for 72 hours and 144 hours did not dissolve in THF. This indicates that prolonged exposure of the films to UV radiation results in crosslinking in the structure of the PAK. The results of size exclusion chromatography (GPC) showed that 24 hours of UV radiation leads to changes in the molecular weights distribution, which are more pronounced in ex situ systems than in situ systems.

• Keywords: poliakrilat (PAK); titanijev dioksid (TiO2); polimerni nanokompozit; in situ emulzijska polimerizacija
• Keywords (english): polyacrylate (PAK); titanium dioxide (TiO2); polymer nanocomposite; in situ emulsion polymerization
• Language: croatian
• URN:NBN: urn:nbn:hr:149:225152
• Study programme: Title: Materials Science and Engineering - Graduate study; Study programme type: university; Study level: graduate; Academic / professional title: magistar/magistra inženjer/inženjerka kemijskog inženjerstva (magistar/magistra inženjer/inženjerka kemijskog inženjerstva)
• Type of resource: Text
• File origin: Born digital
• Access conditions: Open access
• Created on: 2023-04-20 13:43:46