Charge dissipation mechanism of low-cost antistatic additive lignin in contact charged polymers
Dokunma ile elektriklenen polimerlerde düşük maliyetli antistatik katkı malzemesi olarak kullanılan ligninin yük sönümleme mekanizması
- Tez No: 574304
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ BİLGE BAYTEKİN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Dokunma ile elektriklenme (D.E.) iki yüzeyin birbirine dokundurulup ayrılması sonucu yüzeylerin elektriksel yüklenmesidir ve binlerce yıldır neden ve nasıl oluştuğu sorgulanmaktadır. Yüzeylerde yük birikmesi, ilaç, mikroelektronik ve uzay gibi bir çok endüstride ciddi bir problem yaratmakta ve yıllık milyonlarca dolarlık zararlara sebep olmaktadır. D.E. mekanizması hala daha tam olarak ortaya konamamıştır ancak yakın zamanda malzemelerin bir araya gelip ayrılmaları sırasında yüzeyde oluşan bağ kırılmaları sonucu oluşan mekanoiyonların yüzeydeki yükleri oluşturduğu gösterilmiştir. Oluşan mekanoiyonlar, onlarla beraber oluşan ve onları daha kararlı kılan mekanoradikallerin ortamdan radikal tuzaklayıcıları ile uzaklaştırılması ile kararsız hale getirilebilir ve bu sayede polimer malzeme antistatik özellik kazanır. Bu yöntemin, klasik yöntem olan (metal, karbon tozu ve iletken polimerler ya da nem artırıcılar gibi katkılarla) iletkenlik artırma yöntemine göre avantajı doplama miktarının çok az olmasıdır. Yine de halihazırda kullanılan moleküler radikal tuzaklayıcılarının pahalı olmaları nedeniyle bu yöntemin endüstride kullanılması mümkün değildir. Radikal tuzaklayıcısı olarak kullanılabilen lignin ise dünyada en çok bulunan ikinci polimerdir ve kağıt endüstrisinin de bir atığı olduğundan“masrafsız”bir malzemedir. Bu tez çalışmasında lignin bazı sert ve yumuşak kereste kaynaklarından elde edilmiştir. Kütlece az (%1-5 arası) bir katkı oranının bile uygulamada işe yaradığı, polimer yüzeylerde elektriksel yüklerin birikmesinin engellendiği ve zamanla yüklerin yüzeyden yok olma hızlarının arttığı, çapraz bağlı polidimetilsiloksan, termoplastik polipropilen, polietilen, polilaktik asit ve polistren örneklerde gösterilmiştir. Daha sonra da gözlemlenen yük sönümlemenin mekanizması; yüzey iletkenlik ölçümleri, 31P NMR, katı hal NMR'ı, toplam fenol ölçümü, ligninin homojen bir şekilde katkılanması için gerekli olan soğuk öğütme işlemi öncesi ve sonrasında yapılan radikal miktarı ölçümü gibi yöntemlerden elde edilen sonuçlar ışığında tartışılmıştır. Sonuçlar, moleküler radikal tuzaklayıcılarda görülene benzer şekilde, mekanizmanın iletkenlik artışı içermeyen bir radikal tuzaklama içerdiğini göstermektedir. Ligninin yük sönümleme mekanizmasnın aydınlatılması, hem ligninin endüstride antistatik bir katkı malzemesi olarak kullanımına, hem de bu kullanımın sınırlarının çizilmesine yardımcı olacaktır.
Özet (Çeviri)
Contact electrification (C.E.), a phenomenon studied for millennia, develops contact charges on material surfaces, when two materials are contacted and then separated. Accumulation of contact charges and their uncontrolled sudden discharges on dielectric polymers pose major drawbacks in industries i.e. pharmaceutical, (micro)electronics, and space, causing million-dollar losses annually. The overall mechanism of C.E. is unclear until now, however, recent efforts have proven that chemical bond-breakages on polymer surfaces result in mechanoions – which are indeed the contact charges on the surfaces. These studies also showed that removing mechanoradicals (co-formed upon bond-breaking) by molecular radical scavengers destabilizes the mechanoions (charges) and render the doped polymer material antistatic. This method of static charge mitigation has an advantage over the conventional methods (e.g. doping with metals, carbon powder, conductive polymers, or surface humidity enhancers) because it is not based on an increase in surface conductance and smaller doping concentrations are needed to achieve antistatic behavior. However, currently used molecular radical scavenger doping is generally not cost effective method to be upscaled for industrial use. Lignin; however, is a“low-cost”material (the second most abundant polymer on earth, a by-product of paper production) that can act as a radical scavenger. In this thesis work, lignin was extracted from some examples of both hard and softwood. Firstly, it was verified that lignin doping in low concentrations (1 – 5% w/w) reduce the contact charge accumulation on common polymers such as on a crosslinked elastomer polydimethylsiloxane, and on thermoplastics polypropylene, polyethylene, polylactic acid, and polystyrene. Then, the mechanism of the observed charge dissipation was discussed in the light of the results obtained from surface conductance of polymers upon doping, 31P NMR and solid state 13C-NMR spectroscopy, total phenol content, and the reacted number of radicals before and after grinding - which was shown essential to get homogeneous doping- of lignin. The results pointed out a mechanism involving a radical scavenging activity without any change in the surface conductance of the material, similar to that with molecular radicals. The understanding of lignin's charge dissipation mechanism will be helpful in industrial utilization of lignin as an antistatic additive and in assessment of the limitations of this utilization.
Benzer Tezler
- Çimentonun sertleşmesi üzerinde kimyasal komponentlerin etkisi
Başlık çevirisi yok
NACİYE TÜRKEL
Yüksek Lisans
Türkçe
1986
Kimya MühendisliğiUludağ ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA CEBE
- Dokuma kumaşlarda örgü tipinin ham kumaşın boyutları ve geometrik özellikleri üzerindeki etkilerinin araştırılması
Başlık çevirisi yok
EMEL ÖNDER
Yüksek Lisans
Türkçe
1985
Tekstil ve Tekstil MühendisliğiEge ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÜNGÖR BAŞER
- İsmayıl Hakkı Baltacıoğlu'nun kültür ve eğitim kavramı üzerine bir inceleme
An Examination of the concepts of culture and education of Ismayıl Hakkı Baltacıoğlu
ABDULLAH DİKİCİ
Doktora
Türkçe
1986
Eğitim ve ÖğretimUludağ ÜniversitesiEğitim Bilimleri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SUAT ANAR
- Gebelik ve doğum olgularında prolaktin düzeylerinin değerlendirilmesi
The Evaluation of prolactin values during pregnancy labour and in deliveries
TÜLİN AKAN
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
1987
Kadın Hastalıkları ve DoğumGazi ÜniversitesiKadın Hastalıkları ve Doğum Ana Bilim Dalı
DOÇ.DR. MÜLAZIM YILDIRIM