Geri Dön

Flame retardant nanofibers from acrylonitrile, methylacrylate and vinylphosphonic acid terpolymers with using electrospinning technique

Akrilonitril, metilakrilat ve vinilfosfonik asit terpolimeri ile elektrospinning yöntemi kullanılarak alev geciktirici özellikli nanofiber eldesi

PDF İndir

  1. Tez No: 510825
  2. Yazar: NAGEHAN İLMAN
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. NESRİN KÖKEN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Polimer Bilim ve Teknolojisi, Polymer Science and Technology
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2018
  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: 83

Özet

Günlük yaşantımızda birçok farklı malzemeden imal edilen ürünleri çok farklı ve önemli alanlarda kullanmaktayız. Bu ürünlerin birçoğunu polimer yapıda olan malzemeler oluşturmaktadır. Bu ürünler, kullanılacak alan ve yerine göre oldukça farklı üretim yöntemleri ile üretilebilmektedir. Çeşitli ve birçok farklı alanda kullanım imkanı bulan ve hayatlarımızı kolaylaştıran bu polimer yapıdaki malzemeler farklı yapıda hammaddeler kullanılarak üretilen, örneğin metal ya da seramik alternatiflerine göre birçok avantaja sahiptir. Bunlara en genel örnek olarak düşük maliyet ile üretim ve hafif yapıda olmaları verilebilir. Polimerlerin hayatımızda bu kadar fazla yer alması farklı üretim yöntemlerini ve kullanım alanlarını da geliştirmektedir. Bunlara örnek olarak nanoteknoloji son yıllarda hayatlarımıza girerek çok farklı özellikleri ile çok iyi yönde gelişim göstermektedir. Çünkü nanoteknoloji malzemelerin makro boyutta sahip olduğu özelliklerden çok daha farklı özelliklere sahip olabileceğini göstermiştir. Son yıllarda nanoteknoloji üzerine yapılan ve giderek artan çalışmalar sayesinde oldukça farklı özelliklerde ürünler elde edilmekte ve çok farklı alanlarda kullanılabilmektedir. Nanateknoloji kullanılarak üretilen malzemelerden biri de nanoelyaflardır. Nanoelyaflar çok farklı üretim yöntemleri ile üretilebilmektedir. Bunlar arasında nanoelyaf üretiminde de uygun ve basit tekniği olması sayesinde elektrospinning yöntemi en fazla tercih edilen yöntemlerden biridir. Elektrospinning yöntemi kolay kurulumu ve kolay üretim yapılabilme özellikleri sayesinde nanoelyaf üretiminde en çok tercih edilen üretim tekniklerindendir. Proses şemasında yüksek voltaj kaynağı, polimer çözeltisi, şırınga ve elyafların toplandığı yüzey, prosesin temel gereksinimlerini oluşturmaktadır. Bu ekipmanlar yatay ve dikey olarak kullanılabilme imkanı da sağlamaktadır. Ayrıca electrospinning tekniği çok az ekipman ihtiyacına gerek duymasına rağmen proses ve polimer çözeltisi parametreleri değiştirilerek çok farklı özelliklere sahip olabilmektedir. Örneğin proses parametreleri olarak voltaj, akış hızı, toplayıcı yüzey farklılığı ya da şırınga çapında yapılan değişiklikler son ürünün özelliklerine etki edebilmektedir. Proses parametrelerine ek olarak polimer çözeltisi parametreleri de örneğin derişim, viskozite, solvent tipi gibi özellikler de son ürün yapısında değişikliklere sebep olabilmektedir. Bu gibi özellikler değiştirlerek üretimde en uygun çalışma koşulları ve en uygun nanoelyaf üretimi sağlanabilmektedir. Polimerler kullanılarak üretilen birçok ürün günlük hayatımızda çok fazla alanda hayatımızı kolaylaştırmaktadır. Ancak polimer yapılı ürünlerin çok fazla hayatımızı kolaylaştıran özelliğinin olması yanında, organik yapıda bir malzeme olmasından dolayı aleve maruz kaldığında bazı kötü sonuçlara yol açabilmektedir. Bu nedenle evlerde, iş yerlerinde ya da toplu yaşam alanlarında herhangi bir yangın durumu ile karşılaşıldığında bu ürünlerin kolayca yanması, ortama zararlı gazları ortaya çıkarması ya da ortama verdikleri siyah is şeklindeki dumanlar dolayısı ile tahliye işlemini zorlaştırması sebebi ile yanma davranışlarını iyileştirmeye yönelik çalışmalara ihtiyaç duyulmaktadır. Bu gibi durumların yaşanmaması için polimerlerin sentezinde ya da üretimde bazı ek yardımcı katkı malzemeleri kullanılmaktadır. Bu malzemeler alev geciktirici malzeme olarak bilinmektedir ve polimerlere sentez sırasında ya da sentez işleminden sonra kullanım esnasında katkı malzemesi olarak katılabilmektedir. Polimerler ile birlikte kullanılabilen çok farklı yapıda alev geciktirici hammaddeler bulunmaktadır. Alev geciktirici yapıda olan bu katkı malzemeleri halojenli, halojensiz ya da inorganik yapıda olabilir. Bu malzemler tek başına kullanılabildiği gibi birden fazla yanma geciktirici katkı malzemesi aynı anda kullanılabilir. Aynı anda birden fazla alev geciktirici malzemenin birlikte kullanılması sinerjitik bir etki yaratarak yanma durumunun gecikmesini sağlamaktadır. Geçmiş yıllarda yanma geciktirici malzeme olarak halojen içeren katkı maddeleri çok fazla kullanılmaktaydı. Ancak halojen yapıda olan yanma geciktirici malzemeler yanma esnasında çevreye çok fazla miktarda toksik gazların çıkmasına neden olmaktadır bu nedenle yanma geciktirici malzeme kullanılırken son yıllarda halojen içermeyen katkıların kullanımı teşvik edilmektedir. Yapılan bu çalışma iki ana kategoriye ayrılabilir. İlk kısımda amaçlanan çalışma, homopolimer, kopolimerler ve terpolimerlerin sentezlenmesi ve karakterize edilmesidir. Bu sentezlerde akrilonitril (AN), metil akrilat (MA) ve vinil fosfonik asit (VPA) monomerleri kullanılmıştır. İkinci kısımdaki amaç ise, sentezlenen polimerleri uygun çözücü içersinde çözerek daha sonrasında elektrospinning prosesinde kullanarak nanoelyaf üretmek ve terpolimer elyafa yanmazlık özelliğinin kazandırılmasıdır. İlk kısım için öncelikle homo poliakrilonitril polimeri sentezlenmiştir. Sonrasında farklı başlatıcı/zincir transfer ajanı oranlarında kopolimeler ve terpolimerler aynı reaksiyon koşullarında sentezlenmiştir. Sentezlenen P(AN) homopolimeri, P(AN-MA) kopolimerleri ve P(AN-MA-VPA) terpolimerleri Fourier Transform Infrared spectrometre (FTIR), diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) ve termal gravimetrik analiz (TGA) yöntemleri ile karakterize edilmiştir. MA ve VPA içeriklerinin etkileri bu analiz yöntemleri ile incelenmiştir. Detaylı sonuçlar grafikler ile birlikte sonuçlar kısmında yer almaktadır. Ayrıca Fosfor içeriği yatini de ICP/OES yöntemi ile ölçülerek tespit edilmiştir. İkinci kısımda ise, öncelikle sentezlenen P(AN) homopolimer, P(AN-MA) kopolimerleri ve P(AN-MA-VPA) terpolimerleri dimetilformamid (DMF) çözeltisi kullanılarak hazırlanmıştır. Hazırlanan bu çözeltiler elektrospinning prosesinde denenerek elde edilen nanoelyafların morfolojik çalışmaları taramalı elektron mikroskopu (SEM) ile yapılmıştır. Yapılan polimer sentezi ve nanoelyaf çalışmaları sonrası gerekli miktarda hazırlanan polimer çözeltileri ile film çalışmaları yapılarak ürünlerin su emme kapasiteleri değerlendirilmiştir. Ayrıca filmler aleve maruz bırakılarak yanma davranışları incelenmiştir. Yukarıda bahsedilmiş olan çalışmanın temel iki basamağı başarılı bir şekilde gerçekleştirilmiştir. Ayrıca bu çalışmalara istinaden yapılan karakterizasyon, morfoloji ve diğer deney çalışmaları da gerçekleştirilen deney ve istenilen gelişimin sonucu hakkında önemli bilgiler vermektedir. İlk etapta sentezlenen polimerlerin deney sonuçları incelendiğinde, tüm polimerlerin (homopolimer, kopolimerler ve terpolimerler) başarı ile sentezlendiği görülmektedir ve yapılan Fourier Transform Infrared spectrometre (FTIR) ölçümü ile sentezlenen polimerlerin sentez sonuçları desteklenmektedir. Ayrıca vinil fosfonik asit (VPA) monomerinin Fourier Transform Infrared spectrometre (FTIR) ölçüm sonucuna göre başarılı bir şekilde yapıya katıldığı gözlemlenmiştir. Özellikle bu katılım literatür açısından da önemli bir yerde bulunmaktadır. Diğer karakterizasyon testlerinden olan termal gravimetrik analiz (TGA) ile elde edilen bulgulara göre; sentezlenen P(AN-MA-VPA) terpolimerinin, yapıya katılan vinil fosfonik asit (VPA) monomeri sayesinde kül miktarında olumlu yönde artışa sebep olduğu tespit edilmiştir. Kül miktarındaki artış yanma davranışı incelendiğinde, toplam kül miktarının artması test sonucunda beklenen bir davranış olmaktadır. Sentezleri gerçekleştirilen polimerler elektrospinning işlemi için kullanıma hazır hale gelmeden önce uygun solventte çözülmesi gerekmektedir. Ayrıca elektrospinning işleminin gerçekleşmesi için hazırlanan solventin konsantrasyon ve viskozite değerlerinin uygulama için en uygun değerde olması gerekmektedir. Bu nedenle çalışmaların yapılmadan önce optimum çalışma koşulları belirlenerek ilgili çözeltiler hazırlanmıştır. Bu değerlendirmeler sonrasında gerçekleştirilen elektrospinning prosesi sayesinde başarılı bir şekilde nano elyaf eldeleri gerçekleşmiştir. Elde edilen nano elyafların morfaolojik özellikleri incelenerek nano elyafların yapıları hakkında detaylı bilgiler elde edilmiştir. Temelde iki ana basamağa ayrılan çalışmalar başarılı bir şekilde gerçekleştirildikten sonra kazandırılmak istenen özellik bakımından da polimerlerin yanma davranışları incelenmiştir. Bu amaca istinaden sentezlenen polimerler ile hazırlanan filmler optimum mesafeden aleve maruz bırakılarak yanma davranışları incelenmiş ve birbirleri ile kıyaslanmışlardır. Filmlerin birbiri ile kıyas edilme işlemlerinde ayrıca koku, duman gibi çevreye etki edebilecek kötü durumların da incelemesi yapılmış ve elde edilen sonuçlar detaylı bir şekilde verilmiştir.

Özet (Çeviri)

Polymers have been used many areas in our lifes with manufacturing different production methods. Due to the polymers have some advantages such as low cost and light weight so these advantages make them preferable material in many areas. Nanotechnology also effected our lifes and polymers can be used as a raw material for nanofiber production via different production methods. Electrospinning is one of the suitable nanofiber production method which is very proper and simple way to create versatile properties of nanofibers. Besides this developments, some disadvantages of polymers must be considered such as flammability. Due to the organic based structures of polymers that can be easily burn and cause very big bad results. To avoid fire conditions, flame retardant materials can be used as an additive during production of polymer products. Flame reterdant additives can be halogen, halogen free or inorganic. Halogen flame reterdants have a toxic gases during combustion and hazardous effects. For this reason, halogen free flame reterdants should be used to avoid toxic gases release to the enviroment. This study can be seprable into two main parts. The first part purpose is to synthesize and characterized acrylonitrile (AN), methyl acrylate (MA) and vinyl phopsponic acid (VPA) homopolymer, copolymers and terpolymers. And the second part is to produce nanofibers via electrospinning method with using synthesized polymers and add a flame retardant property to the produced nanofibers. For first part, initially homopolymer of PAN was synthesized. Then with different percentage of initiator to chain transfer agent ratio was used to synthesize copolymers and terpolymers under same reaction conditions. Synthesized P(AN) homopolymer, P(AN-MA) copolymers and P(AN-MA-VPA) terpolymers were characterized using Fourier Transform Infrared spectrometer (FTIR), differential scanning calorimeter (DSC), and thermal gravimetric analysis (TGA). The effect of MA and VPA content on the spectroscopic and thermal properties of AN-MA copolymers and AN-MA-VPA terpolymers were investigated. In the second part of study, elecrospinning process of the homo PAN, AN-MA copolymer and AN-MA-VPA terpolymers solutions in dimethyl formamide (DMF) was prepared succesfully. Morphology of nanofibers was determined with using Scanning Electron Microscopy (SEM).

Benzer Tezler

  1. Tez No

    885416

    Synthesis, characterization and applications of fluorine containing maleimide polymers

    Flor içeren maleimid polimerlerinin sentezi, karakterizasyonu ve uygulamaları

    İPEK KAYALI

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Kimyaİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. TUBA ÇAKIR ÇANAK

  2. 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

  3. Tez No

    517402

    Electrospun nanofibers from copolymers and terpolymers of acrylonitrile, vinyl acetate and vinylphosphonic acid

    Akrilonitril, vinil asetat ve vinilfosfonik asit kopolimerleri̇nden ve terpolimerlerinden elektro-eğirilmiş nanofiber eldesi

    HANDE AÇIKALIN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. NESRİN KÖKEN

  4. Tez No

    597351

    Poliakrilonitril esaslı nanokompozit lif üretimi ve karakterizasyonu

    Production and characterization of polyacrylonitryl based nanocomposite fiber

    MUHSİNE ZORCAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Polimer Bilim ve TeknolojisiYalova Üniversitesi

    Polimer Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ HATİCE AYLİN KARAHAN TOPRAKÇI

  5. Tez No

    237496

    Bor katkılı naylon 6 nanofiberlerin elektrospinleme yöntemi ile eldesi

    Production of nylon 6 nanofibers doped with boron using electrospinning technique

    AYŞE NUR ALTAŞ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2009

    Eğitim ve ÖğretimSelçuk Üniversitesi

    Ortaöğretim Fen ve Matematik Alanları Eğitimi Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. İBRAHİM USLU

Geri Dön