Utjecaj nano punila SiO2 i TiO2 na svojstva polakrilata

master's thesis

• Title (english): The influence of SiO2 and TiO2 nano fillers on the polyacrylate properties
• Author: Željka Pale
• Mentor: Mirela Leskovac (mentor)
• Committee member: Mirela Leskovac (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: 2018-07-13, Croatia
• Scientific / art field, discipline and subdiscipline: TECHNICAL SCIENCES; Chemical Engineering; Chemical Engineering in Material Development

Abstract

Nanokompoziti se zbog poboljšanih mehaničkih, toplinskih, optičkih, električnih i magnetskih svojstava koriste u razne namjene ovisno o udjelu organskog i anorganskog dijela. Polimeri na bazi akrilata imaju široku upotrebu u proizvodnji premaza, boja, adheziva, itd. Postupkom emulzijske polimerizacije sintetizirana je poliakrilatna emulzija (PAK). Ex situ metodom u rasponu koncentracija punila φ = 1; 1,5; i 3 % pripravljene su PAK+SiO2 i PAK+TiO2 emulzije s ciljem ispitivanja utjecaja dodatka nanopunila SiO2 i TiO2 na svojstva poliakrilata. PAK+SiO2 i PAK+TiO2 emulzijama određena su reološka svojstava. Ispitane su površinske karakteristika punila i PAK filma, parametri adhezije te toplinska svojstava PAK+SiO2 i PAK+TiO2 filmova. Iz rezultata ispitivanja reoloških svojstava uočeno je da dodatak SiO2 punila utječe na reološka svojstva PAK emulzija dok je znatno manji utjecaj primijećen za emulzije s TiO2 punilom. PAK+3% SiO2 emulzija koja je pokazala ne-Newtonsko ponašanje analizirana je Ostwald de Waele-ovim modelom koji se pokazao prikladnim za opisivanje reološkog ponašanja tog sustava. Prema vrijednostima parametara adhezije vidljivo je da će se između PAK i SiO2 te PAK i TiO2, uspostavljati značajne interakcije na što ukazuje visoka vrijednost koeficijenta razlijevanja i termodinamičkog rada adhezije te niska vrijednost slobodne međupovršinske energije. Niža vrijednost slobodne međupovršinske energije PAK+SiO2 sustava u odnosu na sustav PAK+TiO2, ukazuje na značajnije interakcije PAK matrice i SiO2 punila. DSC analiza pokazala je da je poliakrilatna matrica amorfna te da dodatak obje vrste punila i SiO2 i TiO2 u ispitivanom rasponu koncentracija od 1-3% ne utječe na staklište PAK matrice. Rezultati TGA analize pokazali su da dodatak SiO2 i TiO2 punila u manjim koncentracijama poboljšava toplinsku stabilnost poliakrilatne matrice na početku toplinske razgradnje.

Abstract (english)

Nanocomposites due to their improved mechanical, thermal, optical, electrical and magnetic properties are used for various purposes depending upon the ratio between the organic and inorganic parts. Acrylic based polymers are widely used in the manufacture of coatings, paints and adhesives. Polyacrylate emulsion (PA) was synthesized by emulsion polymerization. With an ex situ method PA+SiO2 and PA+TiO2 emulsions were prepared in the concentration range of nanofillers φ = 1; 1,5; and 3 %, with the aim to investigate the influence of SiO2 and TiO2 nanofillers on the polyacrylate properties. Rheological properties of PAK+SiO2 and PAK+TiO2 emulsions were determinate. Surface characteristics of the fillers and PA film, adhesion parameters and thermal properties were investigated. Addition of SiO2 filler influences the rheological properties of the PA emulsion, while a significantly lower impact was observed for emulsions with TiO2 filler. Emulsion PA+3% of SiO2 which showed non-Newtonian behaviour was analysed by the Ostwald de Waele model which proved to be suitable for describing the rheological behaviour of this system. Results of adhesion parameters, showed that between PA and SiO2, and PA and TiO2 significant interactions will be established which is indicated by the high value of the coefficient of wetting and work of adhesion and the low interfacial free energy. The lower value of the interfacial free energy of the PA+SiO2 system compared to the PA+TiO2 system indicates stronger interactions between PA matrix and SiO2 filler. The DSC analysis showed that the polyacrylate matrix is amorphous and that the addition of both types of the filler, SiO2 and TiO2 in the concentration range 1-3% does not affects glass transition temperature of PA matrix. The results of TGA analysis showed that the addition of SiO2 and TiO2 nanofillers in lower concentrations improves thermal stability of the polyacrylate matrix at the beginning of thermal decomposition.

• Keywords: emulzijska polimerizacija; poliakrilat; nano-SiO2; nano-TiO2
• Keywords (english): emulsion polymerization; polyacrylate; nano-SiO2; nano-TiO2
• Language: croatian
• URN:NBN: urn:nbn:hr:149:162710
• 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: 2020-07-16 13:42:03