Karakterizacija PAK/TiO2 emulzija pripravljenih in situ polimerizacijom

master's thesis

• Title (english): Characterization of PAK/TiO2 emulsions prepared by in situ polymerization
• Author: Mateja Grbac
• Mentor: Sanja Lučić Blagojević (mentor)
• Committee member: Sanja Lučić Blagojević (predsjednik povjerenstva)
• Committee member: Zrinka Buhin Šturlić (član povjerenstva)
• Committee member: Vesna Ocelić Bulatović (član povjerenstva)
• Granter: University of Zagreb; Faculty of Chemical Engineering and Technology; Zagreb
• Defense date and country: 2017-07-11, Croatia
• Scientific / art field, discipline and subdiscipline: TECHNICAL SCIENCES; Chemical Engineering; Chemical Engineering in Material Development

Abstract

Nanomaterijali posljednjih godina imaju sve veću primjenu u poboljšanju svojstava svih vrsta materijala. Preduvjet za postizanje dobrih svojstava nanokompozita je homogena disperzija nanopunila u polimernoj matrici. U ovom radu sintetizirana je poliakrilatna (PAK) emulzija te PAK/TiO2 emulzije postupkom in situ emulzijske polimerizacije i emulzije pripravljene ex situ načinom; miješanjem PAK emulzije i punila titanijevog dioksida (TiO2) u rasponu koncentracija TiO2 0.5-2.0 % prema masi monomera. Za sintezu su korištene dvije vrste koloidne disperzije TiO2 (CCR 200 Mn i CCR 150). Karakterizacija emulzija bila je usmjerena na određivanje zeta potencijala, raspodjele veličina čestica, vremena istjecanja, gustoće, pH vrijednosti i reoloških svojstava. Iz dobivenih rezultata zeta potencijala vidljivo je da su sve PAK/TiO2 emulzije stabilne obzirom da je zeta potencijal mjerenih emulzija u području ≤ -30 mV. Kod svih ispitivanih emulzija veličina čestica je nanometarskih veličina s uskom i monomodalnom raspodjelom. Najveće čestice su kod čiste PAK matrice, a dodatkom TiO2 punila za sustave pripravljene in situ polimerizacijom veličina kompozitnih čestica se kontinuirano smanjuje. Za uzorke pripravljene ex situ načinom krivulje veličina čestica PAK/TiO2 emulzije gotovo su identične kao i krivulje raspodjele za čistu PAK matricu. Vrijeme istjecanja se postupno povećava s povećanjem koncentracije TiO2 kod PAK/TiO2 emulzija. Dodatkom TiO2 punila dolazi do neznatnog povećanja gustoće poliakrilatne emulzije. Gustoća poliakrilatnih vodenih emulzija se kreće u rasponu od 1.05 do 1.08 g/cm^-3. Iz rezultata ispitivanja reoloških svojstava za uzorke pripravljene in situ polimerizacijom uočeno je da dodatak punila značajno utječe na reološka svojstva PAK emulzije. Dobiveni rezultati ne-Newtonskog ponašanja kod PAK/TiO2 emulzija analizirani su Ostwald de Waeleovim modelom koji se pokazao prikladnim za opisivanje reološkog ponašanja PAK/TiO2 sustava.

Abstract (english)

In recent years nanomaterials have been increasingly used in improving the properties of all types of materials. The prerequisite for achieving good properties of the nanocomposite is the homogeneous dispersion of nano fillers in the polymer matrix. In this work, polyacrylate (PA) emulsions and PA/TiO2 emulsions were synthesized by in situ emulsion polymerization and emulsion prepared ex situ by mixing neat PA emulsions and titanium dioxide fillers (TiO2) in TiO2 concentration range 0.5-2.0 % by mass of monomer. Two types of colloidal dispersion TiO2 (CCR 200 Mn and CCR 150) were used for the synthesis. The characterization of the emulsion was focused on the determination of zeta potentials, particle size distribution, run time, density, pH values and rheological properties. From the obtained zeta potential results, it is apparent that all PA/TiO2 emulsions are stable since the zeta potential of measured emulsions is ≤ -30 mV. For all of the examined emulsions the particle size is of nanometer sizes with narrow and single-mode distribution. The largest particles are in pure PA matrices and by addition of TiO2 fillers for systems prepared by in situ polymerization the size of composite particles is continuously decreased. For samples prepared by ex situ mode of preparation it is apparent that the particle size curves for the PA/TiO2 emulsions are almost identical to the distribution curves for the pure PA matrix. The run time is gradually increasing with increasing TiO2 concentration in PA/TiO2 emulsions. Addition of TiO2 fillers slightly increases the density of polyacrylate emulsions. The density of the polyacrylate aqueous emulsion ranges from 1.05 to 1.08 g/cm^-3. From the results of the rheological properties of in situ polymerization, it is apparent that the filler addition significantly influences the rheological properties of the PA emulsion. The results of non-Newtonian behavior in PA/TiO2 emulsions were analyzed by the Ostwald de Waele model which proved to be suitable for describing the rheological behavior of the PA/TiO2 system.

• Keywords: polimerni nanokompoziti; emulzijska in situ polimerizacija; TiO2; poliakrilat
• Keywords (english): polymer nanocomposites; in situ emulsion polymerization; TiO2; polyacrylates
• Language: croatian
• URN:NBN: urn:nbn:hr:149:100449
• 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: 2019-11-07 12:31:03