Regular Article

Effect of montmorillonite addition (modified and unmodified) on the structural, mechanical, thermal, and morphological properties of nanocomposites based poly (vinyl chloride)

¹ Department of Process Engineering, Faculty of Technology, Ferhat Abbas University, 19000 Sétif, Algeria
² Department of Physics, Division of Science & Technology, University of Education, Lahore, Pakistan

^* e-mail: badra2019bouchareb@gmail.com

Received: 5 July 2021
Accepted: 2 February 2022

Abstract

Poly (vinyl chloride)/ montmorillonite nanocomposites were prepared using a melt mixing technique. For this purpose, three montmorillonite samples (MMT) namely, raw montmorillonite (R-MMT), sodium montmorillonite (Na⁺-MMT) and organically modified montmorillonite (O-MMT) were used with different contents (0, 1, 3, 5, 7 and 9 phr) in the presence of dioctyl phthalate (DOP). X-Ray Diffraction (XRD), Atomic Force Microscopy (AFM), Differential Scanning Calorimetry (DSC), and mechanical testing were used to investigate the physical properties of nanocomposites (PVC/MMT). The results of XRD show that macromolecule chains of PVC may be intercalated or exfoliated into the gallery of modified montmorillonite (Na⁺-MMT and O-MMT). Microcomposites structure is formed on the PVC/R-MMT nanocomposites when the unmodified montmorillonite (R-MMT) content is added from 1 to 9 phr. However, the glass transition temperature (Tg) of PVC/O-MMT nanocomposites is shifted slightly to lower temperatures. Furthermore, O-MMT plays the role of an internal plasticizer hence increases the distance between macromolecule chains of the polymer. Consequently, the degree of interactions between the chains decreases inducing a decrease in Tg. Synergy effect is also observed on the PVC/O-MMT nanocomposites with the increase in the amount of O-MMT. The morphological study by AFM shows a reduction in surface roughness under the effect of montmorillonite modified, and particularly with (1 phr) of O-MMT.

Résumé

Effet de l’ajout de la montmorillonite (modifiée et non modifiée) sur les propriétés structurelles, mécaniques, thermiques et morphologiques des nanocomposites à base de poly (chlorure de vinyle). Des nanocomposites poly (chlorure de vinyle)/montmorillonite ont été préparés à l’aide d’une technique de mélange à l’état fondu. À cet effet, trois échantillons de montmorillonite (MMT) à savoir la montmorillonite brute (R-MMT), la montmorillonite sodique (Na⁺-MMT) et la montmorillonite organophile (O-MMT) ont été utilisés avec des quantités différentes (0, 1, 3, 5, 7 et 9 pcr) en présence de dioctyle phtalate (DOP). La diffraction des rayons X (DRX), la microscopie à force atomique (AFM), la calorimétrie différentielle à balayage (DSC) et les tests mécaniques ont été utilisés pour étudier les propriétés physiques des nanocomposites (PVC/MMT). Les résultats de DRX montrent que les chaînes macromolécules de PVC peuvent être intercalées ou exfoliées dans les galeries de la montmorillonite modifiée (Na⁺-MMT et O-MMT). Une structure microcomposite se forme sur les nanocomposites PVC/R-MMT lorsque la quantité en montmorillonite non modifiée (R-MMT) est ajoutée de 1 à 9 pcr. Cependant, la température de transition vitreuse (Tg) des nanocomposites PVC/O-MMT est légèrement déplacée vers les températures plus basses. De plus, l’O-MMT joue le rôle de plastifiant interne et augmente ainsi la distance entre les chaînes macromoléculaires du polymère. Par conséquent, le degré d’interactions entre les chaînes diminue induisant une diminution de Tg. Un effet synergétique est également observé sur les nanocomposites PVC/O-MMT avec l’augmentation de la quantité d’ O-MMT. L’étude morphologique par l’AFM montre une diminution de la rugosité de surface sous l’effet des montmorillonites modifiées, et notamment avec (1 phr) d’O-MMT.