Modifikacija porozne strukture Ca-smektita, kopolimera glicidilmetakrilata i njihovih kompozita

Abstract

Smektitna glina iz domaćeg ležišta „Bogovina“, je modifikovana sa različitim koncentracijama HCl kiseline (1,5 - 7,5M). Rendgeno-difrakcionom analizom je utvrđeno prisustvo minerala smektita i pratećih minerala kvarca, kalcita, ilita i feldspata. Na osnovu rezultata hemijske analize, infracrvene spektroskopije (IC), termogravimetrijske ( TG) analize utvrđeno je da u ispitivanim uzorcima dolazi do izmene katjona već pri koncentraciji HCl od 1,5 M. Pri modifikaciji smektita sa kiselinom koncentracije 3 M pored katjonske izmene Na+, Ca2+ sa H+dolazi do delimičnog narušavanja oktaedarskih slojeva u strukturi smektita. Uzorci modifikovani kiselinom veće koncentracije pored navedenih promena imaju i povećanu količinu prisutne amorfne faze. Modifikacija strukture uzoraka smektita različitim koncentracijama HCl kiseline utiče na promenu zapremine makro, mezo i mikro pora. Suspenzionom kopolimerizacijom su sintetisani porozni kopolimeri poli(GMA-co-EGDMA) pri različitom odnosu monomera glicidilmetakrilata (GMA) i etilenglikoldimetakrilata (EGDMA) u prisustvu inicijatora radikalne kopolimerizacije azobisizobutironitrila (AIBN) i inertne komponente. Ispitan je uticaj različitih vrsta i udela umreživača kao i udela alifatskih alkohola u inertnoj komponenti na poroznu strukturu kopolimera. Pri sintezi kompozita korišćena je kopolimerna matrica sa odnosom GMA i umreživača EGDMA 60/40 i inertnom komponentom koja predstavlja smešu cikloheksanola i tetradekanola u odnosu 4:1, uz dodatak nemodifikovanog smektita i smektita modifikovanog 3 M HCl. Utvrđeno da je stepen ugradnje nemodifikovanog smektita u kopolimernu matricu znatno manji, dok je ugradnja kiselo modifikovanog smektita skoro 2 puta efikasnija. SEM analizom su ispitana morfološka svojstva kompozita. Pokazano je da se samo u slučaju kompozita sa smektitom modifikovanim kiselinom dobijaju čestice koje su iste veličine kao i kopolimerne, sa razvijenom makroporoznom strukturom. Utvrđeno je da kompozit sa kiselim smektitom znatno poboljšava termičku stabilnost kopolimera. Makroporozna struktura kompozita je određena Hg-porozimetrijom i dobijeni rezultati pokazuju povećanje specifične površine i pomeranje raspodele veličine pora ka manjim prečnicima pora.

Local smectite clay from „Bogovina“ was modified with HCl acid having different concentrations (1.5 – 7.5 M). The X-ray diffraction analysis confirmed the presence of smectite and impurities like quartz, calcite, illite and feldspar. According to results of chemical analysis, infrared (IR) spectroscopy and thermogravimetric (TG) analaysis it was confirmed that the cation exchange already occurred at 1.5 M HCl. Smectite modification with 3 M HCl beside cation exchange of Na+, Ca2+ with H+ lead to partial derogation of octahedral layers of smectite structure. Samples modified with higher acid concentrations beside all mention changes also had increased amount of amorphous phase. The modifications in smectite structure with different HCl concentrations caused change in macro, meso i micro pore volume. Porous copolymers poly(GMA-co-EGDMA) with different ratios of GMA and EGDMA monomers were synthesized by suspension copolymerization in a presence of the azobisisobytironitrile (AIBN) as an initiator, and inert component. The influence of type of and amount of cross-linker as well as the ratios of aliphatic alcohols in the inert component on porous structure of copolymer were investigated. The copolymer matrix with monomer GMA and EGDMA ratio 60/40 and inert componet (mixture of cyclohexanol and tetradecanol 4:1) were used for synthesis of the composite together with either unmodified smectite or smectite modified with 3 M HCl. It was established that the degree of incorporation of unmodified smectite into copolymer matrix is rather low, while the incorporation of acid modified smectite is approx. twice more efficient. SEM analysis revealed morphological properties of composite. It was shown that only particles of composite with acid modified smectite were within the same range as the copolymer particles with developed macroporous structure. It was confirmed that composite with acid modified smectite significantly enhanced thermal stability of copolymer. Macroporous structure composite established by Hg-porosimetry and the obtained results indicated increase in specific surface area and shift in the distribution of pore diameter size toward lower pore diameters.