Effect of Silica Aerogel on Thermal Properties of Hydrophobic Polystyrene Nanofibers

Refik Arat

Makale detayları

Effect of Silica Aerogel on Thermal Properties of Hydrophobic Polystyrene Nanofibers

Yazarlar:

Refik Arat

Yayıncı:

Afyon Kocatepe University

Ana Başlıklar:

Kompozit ve Hibrit Malzemeler | Polimer Bilimi ve Teknolojileri | Fiziksel Kimya

Dergi:

Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen Ve Mühendislik Bilimleri Dergisi Vol.23 Issue 6, pp.1497-1506

Belge Tipi:

Makale

Yayın Tarihi:

12/2023

Belge Dili:

Türkçe

Document ID (Org No.):

2001305870

pISSN:

2149-3367

Anahtar kelimeler:

Özet:

 In this study, the structural, morphological, wettability and thermal properties of hydrophobic polystyrene PS based electrospun nanofibers, which contains the silica aerogels SA synthesized from tetraethylene orthosilicate TEOS precursor by sol-gel reaction, were investigated by FTIR, SEM, water contact angle, DSC and TGA analyzes, respectively. FTIR analysis showed that the SA dispersed into the PS matrix by physical bonds and did not change the molecular structure of the polymer. The SEM images displayed that the nanofiber diameters decreased with increasing SA amount, while agglomeration and surface roughness increased. In addition, the water contact angle of the hydrophobic PS nanofibers decreased due to the increased amount of SA containing the SiOH groups in its structure. Considering the thermal properties, the glass transition temperature of PS based nanofibers decreased with the increase of SA amount. This is due to the fact that the SA act as plasticizers, increasing the free volume between polymer chains and facilitating the chain movements. On the other hand, as the amount of SA increased, the thermal stability of the nanofibers increased, and the maximum decomposition temperature was shifted by 33⁰C. As a result, the SA additives facilitated the processability of the PS matrix thanks to their plasticizing effect, and increased the thermal stability of the nanofibers. Even though the additives reduced the hydrophobic properties of the nanofibers, provided the formation of thinner fibers with larger surface areas.

 In this study, the structural, morphological, wettability and thermal properties of hydrophobic polystyrene PS based electrospun nanofibers, which contains the silica aerogels SA synthesized from tetraethylene orthosilicate TEOS precursor by sol-gel reaction, were investigated by FTIR, SEM, water contact angle, DSC and TGA analyzes, respectively. FTIR analysis showed that the SA dispersed into the PS matrix by physical bonds and did not change the molecular structure of the polymer. The SEM images displayed that the nanofiber diameters decreased with increasing SA amount, while agglomeration and surface roughness increased. In addition, the water contact angle of the hydrophobic PS nanofibers decreased due to the increased amount of SA containing the SiOH groups in its structure. Considering the thermal properties, the glass transition temperature of PS based nanofibers decreased with the increase of SA amount. This is due to the fact that the SA act as plasticizers, increasing the free volume between polymer chains and facilitating the chain movements. On the other hand, as the amount of SA increased, the thermal stability of the nanofibers increased, and the maximum decomposition temperature was shifted by 33⁰C. As a result, the SA additives facilitated the processability of the PS matrix thanks to their plasticizing effect, and increased the thermal stability of the nanofibers. Even though the additives reduced the hydrophobic properties of the nanofibers, provided the formation of thinner fibers with larger surface areas.

 In this study, the structural, morphological, wettability and thermal properties of hydrophobic polystyrene PS based electrospun nanofibers, which contains the silica aerogels SA synthesized from tetraethylene orthosilicate TEOS precursor by sol-gel reaction, were investigated by FTIR, SEM, water contact angle, DSC and TGA analyzes, respectively. FTIR analysis showed that the SA dispersed into the PS matrix by physical bonds and did not change the molecular structure of the polymer. The SEM images displayed that the nanofiber diameters decreased with increasing SA amount, while agglomeration and surface roughness increased. In addition, the water contact angle of the hydrophobic PS nanofibers decreased due to the increased amount of SA containing the SiOH groups in its structure. Considering the thermal properties, the glass transition temperature of PS based nanofibers decreased with the increase of SA amount. This is due to the fact that the SA act as plasticizers, increasing the free volume between polymer chains and facilitating the chain movements. On the other hand, as the amount of SA increased, the thermal stability of the nanofibers increased, and the maximum decomposition temperature was shifted by 33⁰C. As a result, the SA additives facilitated the processability of the PS matrix thanks to their plasticizing effect, and increased the thermal stability of the nanofibers. Even though the additives reduced the hydrophobic properties of the nanofibers, provided the formation of thinner fibers with larger surface areas.

 Bu çalışmada, tetraetilen ortosilikat TEOS öncülünden sol-jel reaksiyonu ile sentezlenen silika aerojelleri SA içeren, elektroeğirme yöntemiyle üretilmiş hidrofobik polistiren PS bazlı nanoliflerin yapısal, morfolojik, ıslanabilirlik ve termal özellikleri sırasıyla FTIR, SEM, su temas açısı, DSC ve TGA analizleriyle incelenmiştir. FTIR analizi, SAnın fiziksel bağlarla PS matrise dağıldığını, polimerin moleküler yapısını değiştirmediğini göstermiştir. SEM görüntülerinde SA miktarının artmasıyla birlikte nanolif çaplarında azalma, buna karşın topak oluşumunda ve yüzey pürüzlülüğünde artış görülmüştür. Ayrıca, yapısındaki SiOH grupları nedeniyle artan SA miktarına bağlı olarak hidrofobik PS nanoliflerin su temas açılarında azalma meydana gelmiştir. Termal özelliklere bakıldığında, SA miktarının artmasıyla beraber PS bazlı nanoliflerin camsı geçiş sıcaklıklarında azalma meydana gelmiştir. Bu durum SAların plastikleştirici gibi davranarak polimer zincirleri arasındaki serbest hacmi arttırmasından ve zincir hareketlerini kolaylaştırmasından kaynaklanmıştır. Diğer taraftan SA miktarı arttıkça nanoliflerin termal dayanımları artmış, maksimum bozunma sıcaklıkları 33⁰C ötelenmiştir. Sonuçta SA katkısı, PS bazlı nanoliflerin hidrofobik özelliğini düşürse de plastikleştirici etkisiyle PSnin işlenebilme sıcaklığını azaltmış, termal kararlılığını arttırmış ve daha geniş yüzey alanına sahip daha ince nanoliflerin eldesine imkan vermiştir.

Makale detayları

Effect of Silica Aerogel on Thermal Properties of Hydrophobic Polystyrene Nanofibers

Yazarlar:

Refik Arat

Yayıncı:

Afyon Kocatepe University

Ana Başlıklar:

Kompozit ve Hibrit Malzemeler | Polimer Bilimi ve Teknolojileri | Fiziksel Kimya

Dergi:

Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen Ve Mühendislik Bilimleri Dergisi Vol.23 Issue 6, pp.1497-1506

Belge Tipi:

Makale

Yayın Tarihi:

12/2023

Belge Dili:

Türkçe

Document ID (Org No.):

2001305870

pISSN:

2149-3367

polystyrene

silica aerogel

electrospinning

nanofiberpolistiren

silika aerojel

elektroeğirme

nanolif

Sayı

Makale detayları

Yazarlar: Refik Arat

Yayıncı: Afyon Kocatepe University

Ana Başlıklar: Kompozit ve Hibrit Malzemeler | Polimer Bilimi ve Teknolojileri | Fiziksel Kimya

Dergi: Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen Ve Mühendislik Bilimleri Dergisi Vol.23 Issue 6, pp.1497-1506

Belge Tipi: Makale

Yayın Tarihi: 12/2023

Belge Dili: Türkçe

Document ID (Org No.): 2001305870

pISSN: 2149-3367

Sayı

Yazarlar:

Refik Arat

Yayıncı:

Afyon Kocatepe University

Ana Başlıklar:

Kompozit ve Hibrit Malzemeler | Polimer Bilimi ve Teknolojileri | Fiziksel Kimya

Dergi:

Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen Ve Mühendislik Bilimleri Dergisi Vol.23 Issue 6, pp.1497-1506

Belge Tipi:

Makale

Yayın Tarihi:

12/2023

Belge Dili:

Türkçe

Document ID (Org No.):

2001305870

pISSN:

2149-3367