Geri Dön

Electrospun nanofibers of one step synthesized poly(Acrylonitrile- co-Vinyl acetate)/polypyrrole composites

Tek adımda sentezlenen poli(Akrilonitril-ko-Vinil asetat)/polipirol kompozitlerinden elektroçekim yöntemi ile nanolif eldesi

PDF İndir

  1. Tez No: 315299
  2. Yazar: BURCU ARMAN
  3. Danışmanlar: PROF. DR. A. SEZAİ SARAÇ
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Polimer Bilim ve Teknolojisi, Polymer Science and Technology
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2012
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 91

Özet

Bu çalışma iki bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde, hedeflenen amaç Poli (Akrilonitril-ko-Vinil asetat)/Polipirol kompozitleri oluşturmaktır. Bu amaca yönelik yapılan ilk çalışma matris olarak seçilen Poli(Akrilonitril-ko-Vinil asetat) kopolimeri sentezlemektir. Ağırlıkça % 70 akrilonitril monomeri ve % 30 vinil asetat monomeri sisteme beslenmiştir. P(AN-co-VAc) kopolimerini oluşturmak için polimerizasyon tekniği olarak emülsiyon polimerizasyonu yöntemi kullanılmıştır. Emülsiyon polimerizasyosunda birbirine karışmayan iki faz bulunmaktadır. Monomer fazı dağıtma fazı içinde homojen olarak dağılır. Emülsiyon yapıcı maddeler kullanılarak monomer fazı dağıtma fazı içerisinde tek düze küresel partiküller homojen halde bulunur. Polimerizasyonda başlatıcı olarak Amonyum persülfat kullanılmıştır. Emülsiyon yapıcı madde olarak ise çok kullanılan yüzey aktif maddelerden biri olan dodesil benzen sülfonik asit tuzu kullanılmıştır. P(AN-co-VAc) kopolimerini sentezlemek için gereken reaksiyon süresi 3 saat ve reaksiyon sıcaklığı 70oC'dir. Üç saat sonunda elde edilen lateks halde bulunan P(AN-co-VAc) oda sıcaklığına getirildikten sonra 4 eşit hacme ayrılmıştır. Lateks halde bulunan P(AN-co-VAc) kopolimerininin bir kısmına pirol eklenmemiş ve karşılaştırma amacıyla kullanılmıştır. Ayrılan numunelere farklı miktarlarda pirol monomeri eklenmiştir. Pirol monomeri eklendikten sonra 18 saat boyunca oda sıcaklığında karıştırılmıştır. Artan başlatıcı polipirol sentezinde polimerizasyonun gerçekleşmesinde kullanışmıştır. Böylece P(AN-co-VAc) partiküllerine polipirol kaplama işlemi gerçekleştirilmiştir. Tek adımda kompozit oluşturulmuştur. Her bir numune için oluşturulan partiküllerin bir kısmı Taramalı elektron mikroskobuyla morfoloji ve boyut tayini için lateks halde ayrılmıştır. Kalan kısım ise yine her bir numune için ilk önce metanolde çöktürülmüş, daha sonra süzme işlemi ile ethanol ve saf sudan geçirilmiştir.Elde edilen kompozitlerin yapısını incelemek amacıyla FTIR-ATR, UV-Vis, NMR analizi yapılmıştır. Termal, morfolojik ve iletkenlik özelliklerini incelemek amacıyla ise DSC, DMA, SEM, PARSTAT cihazları kullanılmıştır. FTIR-ATR spektrometresi ile yapılan analizler sonucunda akrilonitril (AN) ve vinil asetat (VAc) monomerlerinin polimerleşerek yapıya girdiği gözlemlenmiştir. UV Görünür bölge spektrofotometresi ile de yapıda polipirol bulunduğu saptanmıştır. Polipirolün birimlerine ait ?-?* geçisleri nedeniyle absorpsiyon pikleri elde edilmiştir. Değişen pirol(PPy) miktarlarına göre spektrumdaki piklerde değişimler ortaya konmuştur. Nükleer magnetik rezonans spektrumu (NMR) ölçümleri 250 MHz Bruker AC Aspect 3000 NMR ve 500 MHz Agilent VNMRS Nuclear Magnetic Resonance spektrometre cihazları kullanılarak yapılmıştır. NMR analizlerinden elde edilen verilerde aynı şekilde AN, VAc ve PPy yapıda bulunduğu gözlemlenmiştir. ?=2.07 ppm'de akrilonitril ve vinil asetat ?CH2 protonuna ait pik, ?=3.12 ppm'de akrilonitril ?CH protonuna ait pik, ?=5.13 ppm'devinil asetat ?CH protonuna ait pik, ?=8 ppm'de ise polipirol halkalarına ait pik oluşumu saptanmıştır. Dinamik mekanik analiz (DMA) cihazı ile polimerlerin mekanik özellikleri incelenmiştir. DMA cihazı ile ölçüm yapabilmek için her bir polimerden ince filmler hazırlanmıştır. Bu filmler cihaza uygun boyutlarda kesilerek ölçüm için hazır hale getirilmiştir. Çekme gerilmesine karşılık uzama grafiğinden filmlerin elastik modülleri hesaplanmıştır. Yapıya eklenen pirol miktarı arttıkça elastik modül değerlerinde düşüş gözlemlenmiştir. Bu da yapıdaki pirol miktarının artmasıyla filmlerin çekme mukavemetlerinde düşüş olduğunu göstermiştir. DMA cihazı ile yapılan diğer bir analiz ise frekansa bağlı sıcaklık artışına dayanan testler yapılmıştır. Numunelerin termal özellikleri hakkında veriler elde edilmiştir. Bu testlerden elde edilen verilerde malzemelerin camsı geçiş sıcaklıkları tespit edilmiştir. Yapıya giren polipirol miktarı arttıkça camsı geçiş sıcaklıklarında bir artış gözlemlenmiştir. Bunun sebebi ise polipirol katılımının zincir esnekliğini düşürmesinden dolayıdır. Termal özellikler diferansiyel taramalı kalorimetri (DSC) ile de incelenmiştir. DSC ile yapılan analiz ile de yine yapıya giren polipirol miktarının artışına bağlı olarak camsı geçiş sıcaklıklarında da artış gözlemlenmiştir. Bu yapıya giren polipirol polimerinin zincir esnekliğini düşürmesinden kaynaklanmaktadır. Emülsiyon polimerizasyonu sonucunda latex halde bulunan nanopartiküllerin morfolojik özelliklerini incelemek amacıyla taramalı elektron mikroskobu cihazı kullanılmıştır. Bu analiz ile içerisinde polipirol bulundurmayan latex partiküllerinin ortamda homojen olarak dağılımı söz konusudur. Yapıya giren polipirol miktarı artmasıyla partiküllerin morfolojilerinde değişiklikler ortaya çıkmıştır. İlk olarak en az miktarda polipirol içeren numunedeki partikül boyutu incelendiğinde çapta incelme tespit edilmiştir. Bu lateks halde akrilonitril vinil asetat kopolimerinin pirol damlatarak bir 18 saat daha karıştırılması sebebiyledir. Eklenen pirol miktarı arttıkça çapta bir artış gözlemlenmiştir. Ayrıca SEM görüntülerinden elde edilen sonuçlar göstermektedir ki polipirol partiküllerin çevresine ve kısmen içine girmiş şekilde görülmektedir. Ubbelohde viskozimetresi kullanılarak çözücü olarak DMF kullanılarak 28 oC'de ağırlıkça % 30 VAc içeren P(AN-ko-VAc) kopolimerinin intrinsik viskozitesi ölçülmüştür. P(AN-co-VAc) kopolimerinin moleküler ağırlığı figure 4.13'teki grafikte yer alan kesişim değeri Mark-Houwink denklemlerinde yerine konularak hesaplanmıştır. Bu hesaba gore kopolimerin moleküler ağırlığı 380,190 g/mol olarak bulunmuştur. Bunun yanında P(AN-ko-VAc) kopolimer ve P(AN-ko-VAc)/PPy kompozitlerinin özgül viskoziteleri yine 28 oC'de Ubbelohde viskozimetre kullanılarak hesaplanmıştır. Elde edilen veriler eklenen pirol miktarı arttıkça özgül viskozitenin düştüğünü göstermiştir. Literatürde iletken polimerlerin moleküler ağırlıklarının düşük olduğu belirtildiğinden; PPy içeren kompozitlerin özgül viskozitelerde düşüş gözlemlenmesi bununla ilişkilendirilebilir.Çalışmanın ikinci bölümünde ise amaç elde edilen Akrilonitril/Vinil asetat kopolimeri ve Poli(Akrilonitril-ko-Vinil asetat)/Polipirol kompozitleri ile nanolifler oluşturmaktır. Bu çalışmada izlenen yöntem; her bir numuneler için elektroçekim cihazı kullanılarak nanolifler elde etmektir. Oluşturulan nanoliflerin morfolojik özellikleri taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve atomic güç mikroskobu (AFM) ile incelenmiştir. Nanofiber oluşturmak için polimerlerin ağırlıkça % 10'u DMF içerisinde çözülerek hazırlanan çözeltiden nanolif eldesi oluşturulmuştur. Elektroçekim parametreleri ve çözelti konsantrasyonu her numune için aynı şekilde tutulmuştur. Başlangıçta eklenen pirol miktarı göz önünde tutularak oluşan nanofiberlerin çapları ve morfolojileri incelenmiştir. Eklenen pirol miktarının arttışına karşılık nanofiber çaplarında azalış gözlemlenmiştir. Başlangıçta eklenen pirol miktarı molce %0.030 ile %0.075 aralığında değişirken nanofiber çapları da bununla orantılı olarak 200 nm- 120 nm aralığında azalmıştır. Ayrıca yapıdaki polipirol miktarı arttıkça nanofiberler üzerinde boncuklu yapıların oluştuğu ortaya çıkmıştır. Başlangıçta eklenen pirol miktarı, çözeltilerin viskoziteleri ve nanolif çapları arasındaki ilişki incelenmiştir. Kompozitlerdeki pirol miktarı arttıkça nanolif çapında düşüş gözlemlenmiştir. Nanofiberlerin morfolojik özellikleri taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve atomik güç mikroskobu (AFM) ile incelenmiştir. Nanofiber çaplarında gözlenen azalma, malzemelerin viskozitelerindeki düşüşle doğru orantılıdır ve aynı trendi göstermektedir. Elde edilen nanofiberlerin iletkenlik özelliklerini incelemek amacıyla nanofiberler tekrar DMF çözücüsü ile çözülmüştür. Bu çözeltilerin PARSTAT cihazı kullanılarak yapılan empedans (EIS) ölçümlerinden faydalanarak iletkenlikleri incelenmiştir. Çözelti halinde ölçüm gerçekleştirilmiştir. Admitans grafiklerinden elde edilen verilerle iletkenlikleri saptanmıştır. Admittance grafiğinden elde edilen veriler Y=1/Z formülünde yerine konularak çözelti halindeki malzemelerin iletkenlikleri hesaplanmıştır. Yapıya giren polipirol miktarı arttıkça iletkenlik özelliklerinde de artış gözlemlenmiştir. Yapıda bulunan polipirol miktarı arttıkça buna bağımlı diğer özellikler karşılaştırıldığında nanofiber çapında gözlenen düşüşe karşılık iletkenlik özelliklerinde artış ve özgül viskozitelerinde düşüş saptanmıştır.Yapılan çalışma sonucunda elde edilen nanofiberler membran olarak çözeltiden metal iyonlarının (Au, Ag, vb.) geri dönüşümünde kullanılabilme özelliğinde olduğundan ilerleyen çalışmalarda bu amaçla uygulanabilir. İletkenlik özelliklerine bağlı olarak akıllı tekstiller, güneş pilleri, sensörler gibi uygulama alanlarında kullanılabilme durumu söz konusudur.

Özet (Çeviri)

In the first part of this study, synthesis of Poly(Acrylonitrile-co-vinyl acetate)/Polypyrrole composite particles with uniform size and morphology was objected using one step polymerization technique that involves swelling and coating of polypyrrole(PPy) into P(AN-co-VAc) latex particles. As an initial, free radical copolymerization of acrylonitrile (AN)-vinyl acetate (VAc) was synthesized by emulsion polymerization method using ammonium persulfate (APS) and Sodium dodecylbenzenesulfonic acid (DBSA). P(AN-co-VAc)/PPy composites were synthesized by adding the pyrrole monomers into the continued reaction. Composites were obtained with continued polymerization during 18 hours with adding different quantity of pyrrole in 4 sample flasks and stirring and mixing during the reaction time. Composites were characterized in terms of chemical composition, surface morphology, particle size, conductivity, thermal and mechanical properties by using NMR, Fourier Transform Infrared - Attenuated Total Reflectance spectrophotometer(FTIR-ATR), Scanning Electron Microscope(SEM), Parstat Electrochemical Analyser via EIS measurement, UV-Visible Spectrophotometer, Differential Scanning Calorimeter(DSC) and Dynamic Mechanical Analyser, DMA. FTIR-ATR spectra and NMR spectrum of copolymer revealed that AN and VAc had participated in polymerization effectively and also FTIR-ATR, UV-Vis spectra and especially NMR spectrum of P(AN-co-VAc)/PPy composites clearly observed that Py had participated in polymerization. The morphology of latex particles were indicated by SEM images. Participation of PPy to the copolymer latex particles were obviously obtained. The thermal effect of PPy on the copolymer structure was investigated by DSC and DMA analysers. Increase in glass transition temperatures with increasing feed pyrrole ratio were in spite of the lack of chain flexibility of polymer. Moreover, DMA also showed that the brittleness of PPy lead to decrease in tensile strength of polymeric films.The second aim of the study was in order to obtain nanofibers from the P(AN-co-VAc) copolymer and P(AN-co-VAc)/PPy composites by the electrospinning method. Moreover, the relationship between Py content, viscosity and fiber diameters were investigated and it was investigated that increase in initially feed ratio of Py content lead to decrasing nanofiber diameter was determined. Morphological properties of nanofibers were examined by scanning electron microscopy (SEM) and atomic force spectroscopy (AFM). If we make comparison between nanofiber diameters of P(AN-co-VAc) copolymer and P(AN-co-VAc)/PPy composites, it was clearly seen that nanofiber diameters were strongly dependent on pyrrole content in composites. Becouse of the the improvement in PPy solubility with the effect of dodecyl benzene sulfonic acid (DBSA), smoother and more homogeneus fiber morphology were obtained. Mole percent of the initially added Py concentration varies from 0.030% to 0.075%, the average diameters of the nanofibers were reduced from 200 to 120 nm. It is observed that the diameters of the fibers decrease slightly with the increase of Py feed ratio in composition with the increase of the initially added Py concentrations, some beads begin to appear. It can be said that this is result of the increased PPy content in the electrospinning solutions and also decrease in viscosity.?

Benzer Tezler

  1. Tez No

    650238

    Yanma gecikmeli poliakrilonitril polimer ve elyafları üretimi

    Producing flame retardant polyacrylonitrile polymers and fiber manufacturing from the same

    MUSTAFA YILMAZ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2020

    Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. AHMET AKAR

  2. Tez No

    400912

    Advanced nanofiber-based lithium-ion battery cathodes

    Başlık çevirisi yok

    OZAN TOPRAKÇI

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2012

    Polimer Bilim ve TeknolojisiNorth Carolina State University

    PROF. XIANGWU ZHANG

    PROF. PETER S. FEDKIW

  3. Tez No

    561382

    Investigation of capacitive behaviour of emulsion polymerized pedot and its nanocomposites

    Emülsiyon polimerizasyonu ile sentezlenen pedot ve nanokompozitlerinin kapasitif özelliklerinin incelenmesi

    DENİZ GÜLERCAN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ABDÜLKADİR SEZAİ SARAÇ

  4. Tez No

    418953

    Investigation of CNT smart paint for structural health monitoring in advanced and nano-enhanced carbon fiber composites

    Gelişmiş ve nano takviyeli kompozit malzemeler için karbon nanotüp içerikli akıllı boyanın yapısal sağlık izleme için geliştirilmesi

    YAĞMUR ATEŞCAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2015

    Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Uçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. HÜLYA CEBECİ

  5. Tez No

    394371

    Elektrospin tekniği ile hazırlanan biyopolimer nanoliflerin yüzey modifikasyonları ve uygulamaları

    Surface modifications of biopolymer nanofibers created by electrospinning and their applications

    BURCU OKTAY

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2015

    BiyomühendislikMarmara Üniversitesi

    Organik Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. NİLHAN KAYAMAN APOHAN

Geri Dön