Geri Dön

Polypyrrole/poly(acrylonitrile-co-methylacrylate) nanocomposites, nanofibers and their characterizations

Polipirol/poli(akrilonitril-ko-metilakrilat) nano kompozitleri, nanofiberleri ve karakterizasyonları

PDF İndir

  1. Tez No: 332938
  2. Yazar: YASEMİN YERLİKAYA
  3. Danışmanlar: PROF. 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: Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 79

Özet

İletken polimerler son zamanlarda oldukça fazla ilgi çekmeye başlamış ve iletkenlik gereken alanlarda polimerlere yönelinmesi, bu polimerlerin yeni kullanım alanlarına entegre edilmesi çalışmalarını hızlandırmıştır. İletken polimerlerin proses edilme sırasında gösterdikleri birtakım olumsuz özellikler, bu malzemelerin çeşitli polimerlerle bir araya getirilerek avantaja çevrilmesi konusunu gündeme getirmiştir. Kabuk-Öz (Core-Shell) yapının oluşturulması da bu çalışmalardan biridir. Bu çalışma temel olarak iki kategoriye ayrılabilir. İlk olarak emülsiyon polimerizasyonu yöntemiyle Polipirol/Poli(Akrilonitril-Ko-Metil akrilat) lateksinin elde edilmesi, ikinci olarak ise elde edilen lateks nano kompozit yapıdan, yapı çöktürülüp kurutulduktan sonra elektrospinning yöntemi ile nanofiber elde edilmesi gerçekleştirilmiştir. Öncelikle akrilonitril (AN) ve metil akrilatın (MA) sulu ortamda emülsiyon polimerizasyonu, ortamda yüzeyaktif madde olan dodesil benzen sülfonik asit (DBSA) ve başlatıcı potesyum per sülfat (KPS) bulunmasıyla tamamlanmıştır. Kopolimerizasyon gerçekleştikten sonra işlem sonlandırılmadan, polimerizasyon devam eder durumda iken emülsiyon ortamına farklı miktarlarda pirol (Py) damlaları eklenerek ortamda ilk polimerizasyondan kalmış olan başlatıcıyla polimerizasyona devam edilmiştir. Burada önemli olan, pirol ekleme aşamasında pirolün kopolimerleşmesi için ilave başlatıcı kullanılmamış olmasıdır, ortamda var olan başlatıcı ile işleme devam edilmiştir. Pirolün akrilonitril-ko-metilakrilat lateksi ile kopolimerleşmesi sonrasında Ppy/P(AN-co-MA)'nın lateks ortamındaki nanopartiküllerinden (henüz çökeltme ve kurutma yapılmadan) örnek alınıp, morfolojisi Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ile incelenmiştir. Aynı zamanda Partikül Boyut Analiz (Işık Saçılımlı) cihazı ile ve SEM görüntüleri üzerinden ölçüm alma yöntemiyle nanopartikül boyutları belirlenmiştir. Değişen polipirol miktarlarıyla başarılı bir şekilde 83-103 nm çaplarında küre şekilli nanopartiküller elde edildiği görülmüştür. Ardından polipirol içeren ve içermeyen lateksler (çöktürülmemiş nanopartikül içeren emülsiyon ortamı) metanol ile çöktürülerek fırında yapısında kalan su tamamen buharlaşıncaya kadar kurutulmuştur. Polipirolxxiiiçermeyen numuneler (P(AN-co-MA) tek parça halinde katılaşıp, kırılmaz-sert-plastisite yapısı göstermiş olup, içerenler ise (Ppy/P(AN-co-MA)) biraraya yapışmayıp ince toz formunda, yumuşak yapıda ortaya çıkmışlardır. Yapıya polipirol katıldığında oluşan nihai ürünün toz yapıda olması, proses edilebilmeyi kolaylaştırıcı yönde gözükmektedir; aksi takdirde materyal polipirol içermediğinde kırılmaz, bükülmez, ufalanmaz bir yapıda kullanım güçlüğü çıkarmaktadır. Sonra bu kompozitler kütlece yüzde gözönünde bulundurularak belli miktarlarda DMF (Dimetil formamid) içinde çözülmüş ve güç kaynağı, pompa, şırınga ve metal kollektörden oluşan bir elektrospin cihazında nanofiber haline getirilmiştir. Bu işlemde enjektör-kollektör arası mesafe sabit tutulmuştur. Farklı voltaj miktarlarında ön denemeler yapılmış ve her konsantrasyondaki çözeltinin nanofiberlerinin en düzenli ve damlacıksız elde edilebildiği voltaj 15 kV olarak belirlenmiştir. Deneyler 15 kV'lik voltaj ile yapılmıştır. Bu denemeler esnasında kollektör ile şırınga arasındaki mesafe, çözücü solüsyonunun kütlece yüzdesi ve uygulanan voltaj değiştirilmemiştir. Elektrospinning sonucunda SEM ile inceleme yapıldığında 200-700 nm çaplarında nanolifler elde edildiği görülmüştür. Nanofiberlere ek olarak hem polipirol içeren hem de içermeyen çöktürülmüş ve kurutulmuş nano kompozitlerin DMF çözücüsü içeren çözeltisi özel cam yüzeylere dökülmüş, fırında çözücü buharlaşana kadar kurutulmuş ve filmler elde edilmiştir. Film çözeltileri kütlece sabit oranda hazırlanmıştır ve daha fazla pirol eklenmiş olan nano kompozit malzemeden elde edilmiş olan filmlerin rengi, oluşan polipirol yoğunluğuna bağlı olarak daha koyu renk olmuştur. Nanofiberler SEM'in yanısıra DMA (Dinamik Mekanik Analizör) ile de karakterize edilmiştir. Nanofiberler DMA ile incelenmeye çalışıldığında, kollektörden toplanan nanofiberlerin çok ince ve dayanıksız olması sebebiyle bu lifler birkaç kat kalınlaştırma yoluna gidilmiştir. Bu nedenle nanofiberler kollektörün üzerinden toplandıktan sonra su ile ıslatılmış ve belirli boyutlarda iki sefer katlanıp toplamda dört kat yüzey oluşturulmuş ve şekil alması için kurutulmuştur. Malzeme suda çözünebilir olmadığı için bu işlem nanofiberlere herhangi bir zarar vermemiştir. Ancak yapılan işlemler sonucunda nanofiberler üzerinden DMA ile net bir ölçüm alınamamış olup, bunun fiberlerin karışık doğrultularda yönlenmesi ve bu sebeple lif demetinin bazı kısımlarında kırılma noktaları oluşması sebebiyle ortaya çıktığı düşünülmektedir. Kurutulmuş partiküller ise hem Fourier Dönüşüm Kızılötesi ? Azaltılmış Toplam Yansıma Spektroskopisi (FTIR-ATR), hem UV-Görünür Spektroskopisi, hem de Diferansiyel TaramaxxiiiKalorimetresi (DSC) ile karakterize edilmiştir. UV-Görünür Spektroskopisi sonuçları partikül boyutu ile ilişkilendirilerek incelenmiştir ve UV emiliminin doğrudan nanopartiküllerin boyutuyla orantılı olduğu görülmüştür. Partikül boyutu büyüdükçe ışının kırılması çoğalmış ve UV eğrilerinin başlangıç noktaları yer değiştirmiştir. UV-Görünür spektroskobisinde, kompozitlerin içinde polipirol oluşumunun varlığı açıkça görülmüştür. FTIR-ATR ölçümlerinde de nano kompozitte polipirol oluşumu görülmüştür, son materyalin içinde polipirole ait pikler ortaya çıkmıştır; bu da yapıda polipirol meydana geldiğini göstermektedir. FTIR-ATR spektrumunda p(AN-co-MA) ve PPy'ye ait pikler ayrı ayrı göründüğü ve arada ilave bir bağ görünmediği için PPy ile p(AN-co-MA)'nın arasında kimyasal bağdan ziyade fiziksel bağ oluştuğunu düşündürmektedir. Bu da içeride p(AN-co-MA), dışarıda ise PPy oluşumu şeklinde core-shell yapının oluşmuş olabileceğini destekleyen bir sonuçtur. DSC Analizleri ortama eklenen pirol miktarı arttıkça camsı geçiş sıcaklığının arttığını göstermiştir. Bunun sebebi olarak ise yapıda oluşan polipirol ile genel yapının direncinin arttığı, buna bağlı olarak camsı geçiş sıcaklığının yükseldiği düşünülmüştür. Filmler de nanofiberler gibi DMA ile analiz edilmiş, stres-uzama eğrileri oluşturularak karakterize edilmiştir. Daha fazla Py eklenmiş kompozitten elde edilen filmler daha koyu renk, kırılgan ve parlak olurken, az Py eklenen veya hiç Py eklenmeyen nano kompozitten oluşan filmler açık renk (hatta şeffaf), daha elastik ve daha az parlak oluşmuştur. Ölçümlerin sonucunda eklenen Py ve oluşan PPy miktarı arttıkça filmlerin Young Modüllerinin arttığı açıkça görülmüştür. PPy genel olarak kristalin yapıda olduğu için polimer zincirinde esneklik göstermemektedir, dolayısıyla yapıdaki PPy miktarı arttıkça uzama olmadan dayanılan kuvvet miktarı artmış; dolayısıyla Young Modülü yüksek çıkmıştır. Tüm bu sonuçlar değerlendirildiğinde yeni bir nano-kompozit malzeme oluştuğu; Ppy'nin özellikleri ile p(AN-co-MA)'nın özelliklerininin bir arada görüldüğü; PPy'nin proses edilebilirliğinin artırılarak nanofiber elde edilebildiği anlaşılmıştır. Bu malzeme ileride hem nanopartikül olarak kullanım alanı bulabilecek, hem de nanolif şeklinde kullanılabilecek potansiyele sahiptir.

Özet (Çeviri)

This study can be mainly categorized into two parts, first of all obtaining Polypyrrole/Acrylonitryle-co-Methylacrylate latexes that obtained by emulsion polymerization, secondly obtaining nanofibers by electrospinning method from the precipitated form of these nano-composites. Emulsion polymerization of Acrylonitrile (AN) and Methylacrylate (MA) was performed in the aqueus medium with the precence of surfactant Dodecyl Benzen Sulfonic Acid (DBSA) and initiator Potassium Persulfate (KPS). After copolymerization, different amounts of pyrrole droplets are added into emulsion latexes and reaction continued with the left initiator. At the end of the polymerization of polypyrrole with the AN-co-MA latexes, nanoparticles of Ppy/(AN-co-MA) are sampled and the morphology is characterized by Scanning Electron Microscopy(SEM). Also the nanoparticle size is determined by Particle Size Analyzer (light scattering) and measuring on SEM images. Nanoparticles were successfully obtained as 83-103 nm diameter changing by the different polypyrrole amounts. Then the polypyrrole containing and non-containing nanoparticle latexes are precipitated with methanol and dried in oven. Samples without polypyrrole shown a hard-plasticity, however polypyrrole containing samples are appeared as powder-like structure. Then dried composites were dissolved in Dimethyl Formamide (DMF) in a certain percent of solvent by weight and electrospinned by an electrospinning device that contains a power supplier, pump, syringe and metal collector. The distance between collector and syringe, solution percentage by weight, applied voltage was not changed by trials. At the end of the electrospinning, nanofibers were obtained in the range of 200-700 nm diameter. In addition to nanofibers, the DMF containing solution of nanocomposites were poured into special surfaces and films are obtained. Nanofibers are characterized by SEM and Dynamic Mechanic Analyzer. Dried particles are chacterized by both Fourier Transform Infrared-Attenuated Total Reflectance (FTIR-ATR), UV-Visible Spectroscopy and Differantial Scanning Calorimetry (DSC). Uv-xxVisible Spectroscopy results are examined with particle sizes and it was observed that the UV-Visible absorption is directly proportional with the particle size of nanoparticles. DSC analysis showed that the glass transition temperature is increased by the increasing pyrrole addition . The films were chacterized by Dynamic-Mechanic Analyzer (DMA) as obtaining stress-strain curves, and it was obviously seen that the Young?s Modulus of films are increased by increasing amounts of pyrrole added.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    398076

    Synthesis and characterization of electrically conductive polypyrrole derivatives-poly(acrylonitrile-co-methyl methacrylate) composites and nanofiber formation

    İletken polipirol türevleri-poli(akrilonitril-ko-metil metakrilat) kompozit ince film ve nanolif oluşumu ve karakterizasyonu

    ULVİYE DALGIÇ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2012

    Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ABDÜLKADİR SEZAİ SARAÇ

  2. Tez No

    485287

    Development of multi-layer conductive polymer nanocomposites for electromagnetic shielding application

    Elektromanyetik kalkanlama uygulamaları için katmanlı iletken polimer nano kompozitlerinin geliştirilmesi

    FATMA ZEHRA ENGİN SAĞIRLI

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. EYÜP SABRİ KAYALI

    PROF. DR. ABDÜLKADİR SEZAİ SARAÇ

  3. Tez No

    315428

    Polipirol-poli(akrilonitril-ko-vinil asetat) kompozit ince film ve nanolif oluşumu ve karakterizasyonu

    Formation and characterization of polypyrrole-poly(acrylonitrile-co-vinyl acetate) composite thin film and nanofiber

    SUAT ÇETİNER

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2011

    Tekstil ve Tekstil Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Tekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. A. SEZAİ SARAÇ

    PROF. DR. FATMA KALAOĞLU

  4. Tez No

    292438

    Synthesis and characterization of electrically conductive polypyrrole-poly(acrylonitrile-co-styrene) composites; nanofiber formation

    İletken polipirol-poli(akrilonitril-ko-stiren) esaslı kompozit sentezi ve karakterizasyonu; nano lif eldesi

    TİMUÇİN BALKAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2010

    Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. A. SEZAİ SARAÇ

  5. Tez No

    363643

    Production and characterization of poly(acrylonitrile-co-butyl acrylate) /polypyrrole composites and nanoparticles

    Poli̇(akri̇loni̇tri̇l-ko-büti̇l akri̇lat)/poli̇pi̇rol kompozi̇tleri̇n ve nanoparti̇külleri̇n üreti̇mi̇ ve karakteri̇zasyonu

    CEM ÜNSAL

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2014

    Kimyaİstanbul Teknik Üniversitesi

    Tekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. FATMA KALAOĞLU

    PROF. DR. ABDÜLKADİR SEZAİ SARAÇ

Geri Dön