Synthesis and characterization of the surface modified titanium dioxide/epoxy nanocomposites

Abstract

TiO2 nanoparticles, obtained by acid catalyzed hydrolysis of titanium isopropoxide, were surface modified by three gallic acid esters with different hydrophobic part length: octyl, decyl and lauryl gallate, and then used to prepare TiO2/epoxy nanocomposites. The characterization of the surface modified TiO2 nanoparticles was performed by FTIR and UV-Vis spectroscopy. The influence of different gallic acid esters and content of modified TiO2 nanoparticles on the glass transition temperature (Tg), rheological, barrier and mechanical properties of the nanocomposites was investigated by DSC, DMA, water vapor permeability test and König pendulum. The presence of the surface modified TiO2 nanoparticles in epoxy resin caused the increase of Tg and decrease of the water vapor permeability. However, the length of the nonpolar gallate part showed no effect on Tg of the synthesized nanocomposites, while the increase of the nanofiller content resulted in the increase of Tg. With increasing the hydrophobic part chain length of gallate ligand, the water vapor transmission rate decreased, while the hardness of the nanocomposites did not change.

U ovom radu, TiO2 nanočestice su dobijene kiselo katalizovanom hidrolizom titanijum izopropoksida, a njihova površinska modifikacija izvedena je estrima galne kiseline sa različitom dužinom hidrofobnog dela lanca: oktil, decil i lauril galat. Površinski modifikovane TiO2 nanočestice su zatim korišćene za pripremu TiO2/epoksi nanokompozita. Karakterizacija površinski modifikovanih TiO2 nanočestica je izvršena pomoću FTIR i UV-Vis spektroskopije. Ispitan je uticaj različitih estara galne kiseline korišćenih za površinsku modifikaciju i sadržaj modifikovanih TiO2 nanočestica na temperaturu ostakljivanja, reološka, barijerna i mehanička svojstva sintetisanih nanokompozita pomoću diferencijalne skenirajuće kalorimetrije, dinamičko mehaničke analize, testa propustljivosti za vodenu paru i König klatna. Prisustvo površinski modifikovanih TiO2 nanočestica u epoksidnoj smoli dovodi do povećanja temperature ostakljivanja i smanjenja propustljivosti vodene pare u poređenju sa čistom epoksidnom smolom. Međutim, različita dužina nepolarnog dela galata nije pokazala uticaj na temperaturu ostakljivanja sintetisanih nanokompozita, dok je povećanje sadržaja nanopunila dovelo do porasta temperature ostakljivanja. Sa povećanjem dužine hidrofobnog dela galata, brzina transporta vodene pare smanjena je za ispitivane nanokompozite, dok se tvrdoća nanokompozitnih prevlaka na bazi epoksidne smole ne razlikuje.