Polybenzoxazine based high performance nanofibers via electrospinning
Elektroeğirme yöntemi ile üretilen polibenzokzazin bazlı yüksek performanslı nanolifler
- Tez No: 436347
- Danışmanlar: DOÇ. DR. TAMER UYAR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: benzokzazin, biyo-benzokzazin, ana-zincir polibenzokzazin, tavlama, çapraz-bağlı, selüloz asetat, polikarbonat, modifiye siklodekstrin, nanolif, elektrospin, termal, mekanik, poliaromatik hidrokarbons, boya molekülleri, metal iyonları, atık su, benzoxazine, bio-benzoxazine, main-chain polybenzoxazine, curing, cross-linked, cellulose acetate, polycarbonate, modified cyclodextrin, nanofiber, electrospinning, thermal, mechanical, PAHs, dye molecules, metal ions, waste water
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 268
Özet
Polibenzokzazinler yeni geliştirilen fenolik termoset rezinler olarak, geleneksel fenolik rezinlerin eksiklerini giderebilecek üstün özelliklere sahiptirler. Son yıllarda daha fazla ilgi çeken bu rezinler, tavlama için güçlü asitlere ihtiyaç duymama, tavlama sırasında toksik yan ürün oluşturmama, düşük su absopsiyonu, yüksek camsı geçiş sıcaklığı ve yüksek kömürleşme verimi gibi etkileyici özelliklere sahiptirler. Ayrıca, polibenzokzazinlerin molekül yapısı çok geniş tasarlanma esnekliğine sahip olduğu için, kullanım alanına uygun istenilen özelliklerde malzemelerin üretilebilmesini mümkün kılmaktadır. Elektrospin tekniği, değişik polimerlerden, polimer karışımlarından, inorganik malzemelerden, supramoleküler yapılardan ve kompozitlerden nanolif üretmek için yaygın olarak kullanılan, kolay ve maliyeti düşük bir üretim tekniğidir. Prensip olarak, polimer solüsyonlarından yüksek elektrik alan altında sürekli bir jet oluşturularak çapları nanometre ile birkaç mikron arasında değişen lifler elde edilmektedir. Elektrospin tekniği ile elde edilen nanolifler, yüksek yüzey alanları ve nano boyuttaki gözenekli yapıları sayesinde sıra dışı fiziksel/kimyasal özellikler göstermektedirler ve özellikle filtrasyon uygulamaları için etkili malzemelerdir. Bu tezde, elektrospin yöntemi kullanılarak iki farklı yaklaşımla polibenzokzazin bazlı yüksek performansa sahip nanogözenekli malzemeler üretilmiştir. İlk yaklaşımda, ana-zincir polibenzokzazinler (MCPBz'ler) sentezlenerek ilk kez bu rezinlerden taşıyıcı matriks kullanılmaksızın boncuksuz homojen dağılımlı nanolifler üretilmiştir. Ancak, bu nanoliflerin tavlama sıcaklığının altında, çapraz-bağlı yapılar oluşturamadan eriyek film haline dönüştüğü gözlemlenmiştir. Daha sonra, polybenzokzazinlerin istenilen özelliklerde tasarlanabilme esnekliği sayesinde, MCPBz nanoliflerinin termal karalılıklarını arttırabilmek için foto/termal yolla tavlanabilen yeni MCPBz rezinleri kolaylıkla tasarlanmış ve sentezlenmiştir. Böylece ilk basamakta foto tavlama uygulanarak nanoliflerin thermal karalılıkları arttırılmıştır, ikinci basamakta ise termal tavlama uygulanarak üstün termal ve mekanik özelliklere sahip MCPBz nanolifleri üretilmiştir. Ayrıca çapraz-bağlı ve yüksek gözenekli MCPBz nanoliflerinin çeşitli solventlerde, yüksek konsatrasyondaki asitlerde ve yüksek sıcaklıklarda oldukça kararlı olmaları, bu nanoliflerin yüksek sıcaklık ve şiddetli çevre koşulları gerektiren filtrasyon uygulamalarında kullanılabilecek oldukça etkili malzemeler olabilecekleri gösterilmiştir. İkinci yaklaşımda ise hem termoplastik polimerlerden hem de polimerik olmayan sistemlerden (siklodekstrinler) polibenzokzazin bazlı kompozit nanolifler üretilerek, polimerlerin ve siklodekstrinlerin thermal ve mekanik özellikleri geliştirilmiştir. Aynı zamanda, bu malzemelerin sulu çözeltilerdeki PAH'ları, boya moleküllerini ve ağır metalleri giderim deneyleri yapılarak elde edilen polibenokzazin bazlı kompozit nanoliflerinin atık su giderimlerinde potansiyel kullanım alanı gösterilmiştir.
Özet (Çeviri)
Polybenzoxazines are newly developing phenolic type thermoset resins having fascinating properties which overcome the shortcomings of the traditional resins. In recent years, polybenzoxazines are attracting much interest because of their outstanding features, such as near-zero volumetric change upon curing, no by-products during curing, low water absorption, high glass transition temperature and high char yield. In addition, the molecular structure of polybenzoxazines facilitates immense design flexibility which enables tailoring the properties of the cured material for a wide range of application. Electrospinning is a widely used simple and cost-effective technique to produce nanofibers from various polymers, polymer blends, inorganic materials, supramolecular structures and composites. In principle, a continuous filament is formed from polymer solution or melt under high electric field which resulted in fibers with diameters ranging from tens of nanometers to few microns. Nanofibers produced with electrospinning technique show unique physical/chemical properties due to their very high surface area and nanoporous structures. In this thesis, we have produced polybenzoxazine based high performance nanofibrous materials via electrospinning by using two approaches. In the first approach, main-chain polybenzoxazines (MCPBz) were synthesized to produce bead free and uniform nanofibers without using polymeric carrier matrix. However, it was observed that these nanofibers lost the fiber morphology at low temperatures and they formed film before cross-linking. Subsequently, novel photo/thermal curable MCPBz resins were designed and synthesized readily owing to the design flexibility of polybenzoxazines in order to enhance thermal stability of MCPBz nanofibers. Therefore, firstly photo curing was performed to improve the thermal stability of nanofibers and then, thermal curing was carried out at high temperatures to obtain cross-linked MCPBz nanofibers with good thermal and mechanical properties. In addition, it was shown that these cross-linked and highly porous MCPBz nanofibers are very stable in various organic solvents, highly concentrated acid solutions and at high temperatures which make these nanofibers quite useful for the certain filtration applications requiring high temperatures and harsh environmental conditions. In the second approach, we produced polybenzoxazine based composite nanofibers from both polymeric materials and non-polymeric systems (cyclodextrins) with enhanced thermal and mechanical properties. At the same time, PAHs, dye molecules and heavy metal ions removal experiments were performed with polybenzoxazine based composite nanofibers to demonstrate their potential application for the waste water treatment.
Benzer Tezler
- Main-chain benzoxazine precursor block copolymers
Ana zincirde benzoksazin blok kopolimeri
ZEYNEP DELİBALLI
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BARIŞ KIŞKAN
- Catalyzing the inverse vulcanization reaction via 1,3-benzoxazines
Ters vulkanizasyon tepkimesinin 1,3-benzoksazinlerle katalizlenmesi
AHMAD SHAFIZADA
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BARIŞ KIŞKAN
- Synthesis and characterization of benzoxazine-sulfones as precursors for thermally stable thermosets
Isısal kararlı termosetler için benzoksazin-sülfon başlangıç maddelerinin sentezi ve karakterizasyonu
ÇAĞATAY ALTINKÖK
Yüksek Lisans
İngilizce
2011
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YUSUF YAĞCI
- Production of high performance and innovative materials based on polybenzoxazine
Polibenzoksazin esaslı yüksek performanslı ve yenilikçi malzemelerin üretilmesi
SEVİNÇ GÜLYÜZ
- Functional high performance polybenzoxazines and their properties
Yüksek performanslı fonksiyonel polibenzoksazinler ve özellikleri
MUSTAFA ARSLAN