Polystyrene/boron nitride nanotube composites: Synthesis, processing and characterization
Polistiren/bor nitrür nanotüp kompozitleri: Sentezi, prosesi ve karakterizasyonu
- Tez No: 383004
- Danışmanlar: PROF. DR. GÖKNUR BAYRAM, DOÇ. DR. NAİME ASLI SEZGİ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Yığın Polimerizasyon, Polistiren, Bor Nitrür Nanotüpler, Yerinde Polimerizasyon, Kompozit, Bulk Polymerization, Polystyrene, Boron Nitride Nanotubes, In-situ polymerization, Composite
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 205
Özet
Son yıllarda bor nitrür nanotüpler (BNNTs), mekanik ve termal özellikleri geliştirmek için yaygın olarak kullanılan bir termoplastik polimer olan polistiren'e (PS) eklenmektedir. Çözelti içinde ve eriyik halde karıştırma metotları PS–BNNT kompozitlerinin hazırlanmasında sıkça kullanılmaktadır. Fakat, bu iki hazırlama metodunun ortak problemi, dolgu malzemesinin polimer matriksi içerisinde dağılmasıdır. Bu çalışmada, PS-BNNT kompozitleri ağırlıkça % 0,5, 1 ve 3 BNNT oranlarındaki nanotüpleri polimer matriks içerisinde homojen olarak dağıtmak amacıyla, yoğun bileşimli karışım ve sonrasında eriyik halde karıştırma metoduyla hazırlanmıştır. Ayrıca, ağırlıkça % 0,5 BNNT içeren kompozitler yerinde polimerizasyon ve ekstrüzyon metotlarından ayrı ayrı elde edilmiştir. Saf PS'in ve bütün kompozitlerin morfoloji, mekanik ve termal özellikler açısından karakterizyonu yapılmıştır. Polistiren çözelti ve yığın polimerizasyon yöntemleri kullanılarak sentezlenmiştir. Polistiren üretiminde en iyi sentez koşullarını bulmak için, yığın polimerizasyon zamanının ve başlatıcı konsantrasyonun molekül ağırlığı üzerindeki etkisi çalışılmıştır. En iyi sentez koşulları; 3 saatlik polimerizasyon reaksiyon zamanı, 0,01 mol/L'lik başlatıcı konsantrasyonu ve 95 oC'lik reaksiyon sıcaklığı olarak belirlenmiştir. Fourier Transform Infrared (FTIR), X-ışını kırınım ölçümü (XRD), viskozite ortalama molekül ağırlığı ölçümü (Mv), akış indeksi (MFI) ve büyüklükçe ayırma kromatografisi (GPC) gibi karakterizasyon metotları, sentezlenen PS'nin özelliklerinin ticari PS ile karşılaştırılması için kullanılmıştır. Bütün karakterizasyon yöntemlerinin sonuçları, polistirenin başarılı bir şekilde sentezlendiğini ve molekül ağırlığının ticari PS'nin molekül ağırlığına yakın olduğunu göstermiştir. Polimer kompozitlerinde kullanılan bor nitrür nanotüpler amonyak gazının bor ve demir oksit toz karışımıyla tepkimeye girmesi sonucunda başarılı bir şekilde sentezlenmiştir. XRD analizi ile hekzagonal bor nitrürün oluştuğu ispatlanmıştır. SEM analiz sonuçları, yoğun bileşimli karışım (Masterbatch) ve sonrasında eriyik halde karıştırma metodu kullanılarak hazırlanan, ağırlıkça %0,5 BNNT içeren kompozitlerde bor nitrürün homojen bir şekilde dağıldığını ortaya koymuştur. Bu kompozitlerin çekme ve darbe dayanımı saf polimere ve farklı metotlar ile hazırlanan kompozitlere göre ciddi bir artış göstermiştir. Daha yüksek oranda BNNT eklenmesinde, bor nitrürlerin polimer matriksi içerisinde kümelenmeleri artmıştır. Diferansiyel Taramalı Kalorimetre analizleri, yoğun bileşimli karışım ve sonrasında eriyik halde karıştırma metodu kullanılarak hazırlanan kompozitlerin camsı geçiş sıcaklıklarının sentezlenen PS'e göre azaldığını göstermiştir. Ayrıca, bor nitrür nanotüp oranı artıkça, kompozitlerin camsı geçiş sıcaklığı değerlerinde önemli bir artış olmadığı gözlemlenmiştir. Yoğun bileşimli karışım ve sonrasında eriyik halde karıştırma metodu kullanılarak hazırlanan PS-BNNT kompozitlerinin termal gravimetrik analizi (TGA), bor nitrür nanotüp oranı arttıkça kompozitlerin ısıl dayanımının sabit kaldığını göstermiştir.
Özet (Çeviri)
In recent years, boron nitride nanotubes (BNNTs) have been added to polystyrene (PS) which is a widely used thermoplastic polymer in order to improve its thermal and mechanical properties. Solution mixing and melt blending techniques are commonly used methods to prepare polymer-boron nitride nanotube (BNNT) composites. However, these two composite preparation methods have a common problem about the dispersion of fillers in the polymer matrix. In this study, PS-BNNT composites were prepared using masterbatch with extrusion method at 0.5, 1, and 3 wt % BNNT loadings in order to disperse the nanotubes in the polymer matrix homogeneously. The composites with 0.5 wt% BNNTs were also obtained from in-situ polymerization and extrusion method, separately. Neat PS and all the composites were characterized in terms of their morphology, mechanical and thermal properties. PS was synthesized using solution and bulk polymerization techniques. The effect of polymerization time and initiator concentration in bulk polymerization on the molecular weight of PS was studied in order to find the best synthesis conditions for PS production. The best synthesis conditions were determined as a polymerization reaction time of 3 hrs, an initiator concentration of 0.01 mol/L and a reaction temperature of 95 oC. Fourier Transform Infrared (FTIR), X-ray diffraction (XRD), viscosity average molecular weight (Mv), Melt Flow Index (MFI) and Gel Permeation Chromatography (GPC) characterization methods were used to compare the properties of synthesized PS with commercial PS. The results of all the characterization methods revealed that PS was successfully synthesized and its molecular weight was close to that of commercial PS. BNNTs used in the polymer composite were successfully synthesized from the reaction of ammonia gas with a powder mixture of elemental boron and iron oxide. The formation of hexagonal boron nitride was proved by XRD analysis. Results of SEM analyses indicated that the nanotubes were dispersed homogeneously for the composites with 0.5 wt% BNNTs prepared by masterbatch with extrusion method. The tensile and impact strengths of these composites were improved remarkably with respect to neat polymer and the composites prepared using the other methods. The agglomeration of BNNTs in the polymer matrix increased with an increase in BNNT addition. Differential Scanning Calorimetry analysis showed that the glass transition temperature of the composites prepared by masterbatch with extrusion method was decreased with respect to the synthesized PS. Also, no significant change in terms of glass transition temperature of the composites was observed with the addition of BNNTs. Thermal gravimetric analysis (TGA) of the composites prepared by masterbatch with extrusion method showed that the thermal stability of composites remained unchanged with the addition of BNNTs.
Benzer Tezler
- Synthesis, characterization and applications of fluorine containing maleimide polymers
Flor içeren maleimid polimerlerinin sentezi, karakterizasyonu ve uygulamaları
İPEK KAYALI
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TUBA ÇAKIR ÇANAK
- Bor nitrür nano tabakaları içeren polietilen filmlerin üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of polyethylene based boron nitride nano sheets filled composites
OYA DURUKAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Mühendislik BilimleriAnadolu Üniversitesiİleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. A. TUĞRUL SEYHAN
- Polistirene gömülü bor dipirometan hibrit nanofiberlerin hazırlanması, karakterizasyonu ve özelliklerinin incelenmesi
Preparation, characterization, and investigation of properties of polystyrene-embedded boron dipyrromethene hybrid nanofibers
ZEHRA YAMAK KAHVECİ
- Synthesis of tris(hydroxymethyl)aminomethane modified polystyrene based polymeric sorbent and removal of boron from aqueous solutions
Tris(hidroksimetil)aminometan ile modifiye edilmiş polistiren esaslı polimerik sorbentin hazırlanması ve sulu ortamdaki borun giderilmesinde kullanılması
ARZU ERSOY
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BAHİRE FİLİZ ŞENKAL
- Açil gruplu polistirenlerin sentezi ve ürünlerin aldehitlerle reaksiyonlarının incelenmesi
Syntesis of polystyrene having acyl group and investigation of reactions of produces with aldehydes
İSMET CEYLAN