Ketonic resin-polypyrrole copolymers
Ketonik reçine–polipirol kopolimerleri
- Tez No: 606654
- Danışmanlar: PROF. DR. NİLGÜN KIZILCAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Polimer Bilim ve Teknolojisi, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Polimer Bilim ve Teknolojisi Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 91
Özet
Reçineler, yapışkanlar, kaplamalar, döküm, kalıp ve depolama malzemeleri dahil olmak üzere geniş uygulama alanına sahip olan organik maddedir. Ayrıca, reçineler mükemmel kimyasal direnci, iyi yapışma özelliklerine, ısı direnci, oksidatif stabilite ve mükemmel elektriksel özellikleri ile plastik, tekstil, elektrik ve elektronik, kağıt, boya, inşaat alanında önemli bir rol oynamaktadır. Ketonik reçineler genellikle polimerik maddelerle kullanıldığında, yapışmayı arttırıcı ve parlaklık verici özelliklerini kopolimerlerine taşırlar. 1920'li yıllardan beri üzerinde çalışılan ketonik reçineler ticari ürün haline dönüşmüştür. Ketonik reçinelerin kullanım alanını daha yaygınlaştırmak ve fiziksel özelliklerini daha geliştirmek amacıyla üretimleri esnasında veya üretildikten sonra içerdikleri karbonil ve hidroksil grupları üzerinden modifikasyonları çalışılmıştır. Ketonik reçinelerin iletken kopolimerleri, polidimetil siloksan ve metil etil keton formaldehit reçinesi ile seryum amonyum nitrat varlığında kimyasal olarak, elektroindüklenmiş olarak ve elektrokimyasal yöntemlerle de çalışılmıştır. Ancak demir klorür ile ketonik reçinelerin polipirol ile kopolimerleri çalışılmamıştır. İletken polimerler, polimer ve metallere ait bazı özellikleri yapısında barındırma özelliğine sahip özel organik malzemelerdir. Sentetik metaller olarak da bilinen bu polimerler ticari polimerler gibi hafif ve korozyona dayanıklı olup çeşitli yöntemlerle ve kolaylıkla üretilebilme, aynı zamanda metaller gibi elektrik akımını iletebilme özelliğine sahiplerdir. İletken polimerler çeşitli yöntemlerle işlenebilir hale gelmiştir. Bu yöntemler solüsyon halinde hazırlamak, kimyasal olarak kompozit oluşturmak ve son olarak kopolmer ve graft kopolimer hazırlamaktır. Elektroaktivite, elektrokromizm, biyolojik uyum ve seçimlilik, elektromagnetik girişim ve korozyonu önleme gibi özelliklerinin keşfedilmesi ile çeşitli uygulamalarda yer bulmuşlardır. Monomer ve sentez yöntemlerinin çeşitliliğinden faydalanarak çok sayıda iletken polimer elde edilmiştir. İletken polimerlerlerden poliasetilen, polifenilen, poli(fenilen vinilen), poliheterohalkalı politiyofen, poli(3,4–etilendioksitiyofen), polikarbazol, polianilin ve polipirol, araştırmalarda en çok rastlananlardır ve poliasetilen (PA), polianilin (PANI), polipirol (PPy), poli(p-fenilenevinilen) (PPV), poli (3,4-etilen dioksitiofen) (PEDOT), polifuran (PF), poliviniliden florür (PVDF) gibi iletken polimerler ve diğer politiyofen (PTh) özellikle inceleme açısından çekici olanlardır. Polipirol yaygın olarak çalışılmış poliheterohalkalı iletken polimerlerdendir. Kolay elde edilebilmesi, çevre koşullarına dayanıklı olması ve yüksek iletkenlikli olması tercih edilmesinin sebeplerindendir. Genellikle kimyasal ve elektrokimyasal polimerlerizasyon yöntemi ile monomerleri polimerleştirilirilerek elde edilir. Polipirol, iyi bir iletkenlik gösteren ve korozyona dayanıklı, kullanışlı bir polimerdir. Bu özellikler dikkate alındığında, ikincil piller, elektrokromik görüntü cihazları, ışık yayan diyotlar (LEDs), kapasitörler, sensörler, membranlar ve enzim elektrotlar gibi geniş kullanım alanlarına yayıldıkça, polimerin özellikleri ile ilgili gelişmeler gözlemler artmıştır. Polipirol (PPy) gibi iletken polimerler, çeşitli yapıları, özel doping mekanizmaları, mükemmel çevresel stabilite, korozyon direnci ve yüksek iletkenlik nedeniyle büyük ilgi görmektedir. Bununla birlikte, PPy kırılgandır ve zayıf bir mekanik dayanıma sahiptir. PPy'nin bu sınırlamalarının üstesinden gelmek için yapılan çalışmalar incelendiğinde, PPy'nin polimer matrisleri ve ketonik reçineli kopolimerleri hazırlanması ile, fiziksel özelliklerinin önemli ölçüde değiştirildiği görülmüştür. Bu kopolimerlerin iletkenliği ve diğer özellikleri, hazırlanma koşullarına ve monomer mol oranlarına bağlıdır. Daha önce yapılan deneylerde en yüksek değer , solvent olarak metanol seçildiğinde ve oksidant olarak demir (III) klorür seçildiğinde 220 S/cm olarak bulunmuştur. Çözünmeyen PPy'nin cam geçiş sıcaklığı (Tg) göstermemesine ragmen iletkenliği yüksek olabilir. Daha önce üretilmiş olan iletken PPy ketonik reçine kopolimerlerinde, ketonik reçine mol oranı arttığı zaman, iletkenlik değeri düşerken çözünürlüğün artığı tespit edilmiş ve organik çözücülerde çözünür ve çeşitli Tg değerlerine sahip iletken kopolimerler üretilebileceği anlaşılmıştır. Polipirol, pirol monomerinin kimyasal redoks polimerizasyonu ile üretilebilir. Bu nedenle redoks polimerizasyonu için oksidant seçimi ve çözücü seçimi çok önemlidir. Potasyum persülfat (K2S2O8) , hidrojen peroksit (H2O2) , demir (III) ve seryum (IV) tuzları en sık kullanılan oksidantlar arasındadır. Poliprol, önceki çalışmalarda oksidant olarak seryum (IV) iyonlarıyla sentezlendi. Seryum, hidroksil grubunu okside edebilen güçlü bir iyondur ancak demir (III) klorür okside edemediği tespit edilmiştir. Bu nedenle, bu çalışmada tiyenil grubu oksidasyon için demir (III) klorürün hidroksil ile olan oksidasyonuna yardımcı olmuştur. Bu çalışmanın amacı, tiyenil sonlu siklohekzanon formaldehit reçinesi (Th1-CFR) ve tiyenil sonlu polidimetilsiloksan modifiye siklohekzanon formaldehit reçinelerinin (Th1-CF-DA.PDMS-R1), demir klorür varlığında polipirol ile kopolimerlerin sentezlenmesidir. Çözücü olarak Th1-CF-DAPDMSR1-b1-PPy blok kopolimerinde Tetrahidrofuran (THF) kullanılırken, diğerlerinde (Th1-CF-DAPDMSR1-b2-Ppy, Th1-CF-DAPDMSR1-b3-PPy, Th1-CFR1-b4-PPy) asetonitril ve kloroform kullanılmıştır. En uygun reaksiyon koşulları pirolün kopolimer sentezinde kullanıldı. Bu çalışmada reaksiyonlar 24 saatte ve oda sıcaklığında gerçekleştirildi. PPy'nin homopolimeri için termal işlem kabiliyetini kolaylaştırmak amacıyla da PPy'nin ketonik reçine kopolimerleri hazırlanmıştır. Sentezlenen kopolimerlerin FTIR ile yapı tayini yapılarak, homopolimerler ve reçinelerle karşılaştırmaları yapılmıştır. Ayrıca Dört Nokta Prob yöntemi ile iletkenlik ölçümleri yapılmıştır. Döngüsel voltametri, EIS (Elektrokimyasal Empedans Spektroskopisi) ve GCD (Galvanostatik Şarj-Deşarj) ölçümleri yapılmıştır. ESEM elektron mikroskobu ile yüzey değişimleri tespit edilmiştir. Elde edilen değişimlerde nano ve micro boyutlarda tanecikler ve onların yüzey özellikleri saptanmıştır. DSC analizi ile termal değişimleri gözlenmiştir. Ayrıca yapı tayini yapılan Th1-CF-DA.PDMS-R1-b-PPy tiyenil sonlandırılmış polidimetilsiloksan modifiye sikloheksanon formaldehit reçine kopolimerlerinin süper kapasitör olarak kullanılabilirliği incelenmiştir.
Özet (Çeviri)
Resins are organic material with a wide range of applications, including adhesives, coatings, casting, moulds and storage materials. Also, resins play an important role in the field of plastic, textile, electrical and electronic, paper, paint, construction with excellent chemical resistance, good adhesion properties, heat resistance, oxidative stability and excellent electrical properties. When used with polymeric materials, ketonic resins generally carry adhesion-enhancing and brightening properties to their copolymers. Ketonic resins, which have been studied since the 1920s, have become commercial products. Modifications of ketonic resins were carried out on the carbonyl and hydroxyl groups they contain during or after production in order to extend the usage area and improve their physical properties. Conductive copolymers of ketonic resins were studied chemically, electroinduced and electrochemical methods in the presence of cerium ammonium nitrate with polydimethyl siloxane and methyl ethyl ketone formaldehyde resin. However, copolymers of iron chloride and ketonic resins with polypyrrole have not been studied. Conductive polymers are special organic materials which have some properties of polymers and metals in their structure. These polymers, which are also known as synthetic metals, are light and corrosion resistant like commercial polymers and are capable of being produced easily by various methods and also capable of conducting electrical current like metals. Conductive polymers have become processable by various methods. These methods are preparing as solution, chemically forming composites and finally preparing copolymers and graft copolymers. They have been in various applications with the discovery of properties like electroactivity, electrochromism, biological adaptability and selectivity, electromagnetic interference and corrosion. Numerous conductive polymers have been obtained by utilizing the diversity of monomers and synthesis methods. Among the conductive polymers, polyacetylene, polyphenylene, poly (phenylene vinylene), polyheterohalinated polythiophene, poly (3,4-ethylenedioxythiophene), polycarbazole, polyaniline and polypyrrole are the most common ones in the researches. Polyacetylene (PA), polyaniline (PANI), polypyrrole (PPy), poly(p-phenylenevinylene) (PPV), poly (3,4-ethylene dioxidethiophene) (PEDOT), polyfuran (PF), polyvinylidene fluoride (PVDF) and polythiophene conductive polymers such as (PTh) and others are particularly attractive for examination purposes. Polypyrrole is one of the widely studied polyheterohalkane conducting polymers. Easy to obtain, resistant to environmental conditions and high conductivity is one of the reasons why it is preferred. It is usually obtained by polymerizing monomers by chemical and electrochemical polymerization method. Polypyrrole is a useful polymer with good conductivity and corrosion resistance. When these features are considered secondary batteries, electrochromic display devices, light emitting diodes (LEDs), capacitors, sensors, membranes and by spread to large areas such as enzyme electrodes, developments regarding the polymer properties increased observations. Conductive polymers such as polypyrrole (PPy) have great interest due to their various structures, special doping mechanisms, excellent environmental stability, corrosion resistance and high conductivity. However, PPy is brittle and has poor mechanical strength. When the studies to overcome these limitations of PPy were examined, it was seen that the physical properties of PPy were significantly changed by the preparation of polymer matrices and ketonic resin copolymers. The conductivity and other properties of these copolymers depend on the preparation conditions and the monomer mole ratios. In the previous experiments, the highest value was found to be 220 S/cm when methanol was selected as the solvent and iron (III) chloride was selected as the oxidant. Although insoluble PPy does not show a glass transition temperature (Tg), its conductivity may be high. In the previously produced conductive PPy ketonic resin copolymers, when the ketonic resin molar ratio increases, the solubility increases while the conductivity value decreases and it is understood that conductive copolymers which are soluble in organic solvents and having various Tg values can be produced. Polypyrrole can be produced by chemical redox polymerization of pyrrole monomer. Therefore, the choice of the oxidant and the choice of solvent is very important for redox polymerization. Potassium persulfate (K2S2O8), hydrogen peroxide (H2O2), iron (III) and cerium (IV) salts are among the most commonly used oxidants. Polypyrrole was synthesized with cerium (IV) ions as oxidant in previous studies. Cerium is a strong ion that can oxidize the hydroxyl group, but it has been found that iron (III) chloride cannot oxidize. Therefore, in this study, the thienyl group assisted the oxidation of iron (III) chloride with hydroxyl for oxidation. The aim of this study is to synthesize copolymers of thienyl terminated cyclohexanone formaldehyde resin (Th1-CFR) and thienyl terminated polydimethylsiloxane modified cyclohexanone formaldehyde resins (Th1-CF-DA.PDMS-R1) with polypyrrole in the presence of iron chloride. Tetrahydrofuran (THF) is used in the Th1-CF-DAPDMSR1-b1-PPy block copolymer as the solvent, while others (Th1-CF-DAPDMSR1-b2-Ppy, Th1-CF-DAPDMSR1-b3-PPy, Th1-CFR1-b4-PPy) acetonitrile and chloroform. The most favorable reaction conditions were used in the copolymer synthesis of pyrrole. In this study, reactions were carried out at room temperature for 24 hours. Ketonic resin copolymers of PPy were also prepared to facilitate thermal processing capability for the homopolymer of PPy. The structure of the synthesized copolymers was determined with FTIR and comparisons with homopolymers and resins were made. In addition, conductivity measurements were made by Four Point Probe method. Cyclic voltammetry, EIS (Electrochemical Impedance Spectroscopy) and GCD (Galvanostatic Charge-Discharge) measurements were performed. Surface changes were determined by ESEM electron microscope. In the obtained changes, particles of nano and micro dimensions and their surface properties were determined. Thermal changes were observed by DSC analysis. In addition, the usability of Th1-CF-DA.PDMS-R1-b-PPy thienyl terminated polydimethylsiloxane modified cyclohexanone formaldehyde resin copolymers as super capacitor was investigated.
Benzer Tezler
- Pirol ve türevlerini içeren polimerler sentezi
Synthesis of polymers containing pyrrole or derivatives thereof
ESİN ATEŞ GÜVEL
- Anilin ve oligoanilinlerle iletken modifiye ketonik reçineler sentezi
Synthesis of conductive ketonic resins modified with aniline and oligoanilines
ESİN ATEŞ
- Polipirolün tiyenil uç gruplu poli (dimetilsiloksan) ile FeCl3 varlığında kopolimerizasyonu
Copolymerization of pyrrole and thienyl end capped poly(dimethylsiloxane) by iron (III) chloride
DUYGU BADEMCİ
- The synthesis and characterization of modified resin
Modifiye reçinelerin sentezi ve karakterizasyonu
PELİN DİNÇER
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİLGÜN KIZILCAN
- Nano composite of clay modified ketonic resin as fire retardant polyol for polyurethane
Köpük poliüretan için yanma geciktirici poliol olarak kil modifiye nanokompozit ketonik reçineler
DERYA YILDIRIM
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİLGÜN KIZILCAN
