Fonksiyonelleşmiş çok duvarlı karbon nanotüp-polimer kompozitlerinin termal ve elektriksel davranışlarının incelenmesi
Investigation of thermal and electrical behaviors of functionalized multi walled carbon nanotubes-polymer composites
Yazar: SERPİL YILMAZ
Danışman: PROF. DR. MEHMET COŞKUN
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Bu çalışmada çok duvarlı karbon nanotüpe (MWNT) "grafting from" yöntemiyle polimer aşılaması yapıldı. Bunun için çok duvarlı karbon nanotüp HNO3/H2SO4 yükseltgen asitlerle reaksiyona sokuldu ve MWNT üzerinde -COOH grubu oluşturuldu. Sonrasında MWNT-COOH, SOCl2 ile açilklorür türevine dönüştürülüp etilen glikolle muamele edildi. Oluşan MWNT–OH, Sn(Oct)2 katalizörlüğünde ε-kaprolakton halkası ile reaksiyona sokularak halka açılması polimerizasyonu yapıldı ve devamında sodyum karbonat katalizörlüğünde α-brompropiyonil bromür ile uç açillemesi yapılarak atom transfer radikal polimerizasyon başlatıcı merkez oluşturuldu. Elde edilen yapı ATRP´de makrobaşlatıcı olarak kullanılıp CuBr/2,2´-bipridin katalizörlüğünde önce stiren, daha sonra glisidil metakrilat ile polimerleştirilerek MWCNT-PCL-b-PSt-b-PGMA triblok kopolimeri sentezlendi. Triblok kopolimer ile % 1, % 3, % 5 ve % 7 oranında MWNT-COOH içerecek şekilde nanokompozitler hazırlandı. 
Çalışmanın diğer bölümünde glisidil metakrilat ve strenin farklı oranlardaki kopolimerleri, azobisizobütironitril (AIBN) katalizörlüğünde serbest radikalik yolla hazırlandı. MWNT-COOH, 3-amino propil trimetoksi silan ile reaksiyona sokulup asit uçlu nanotüp amin uçluya dönüştürüldü (MWNT-Si-NH2). Amin uçlu nanotüp poli(glisidil metekrilat -ko-stiren) ile modifiye edildi. Farklı bileşimlerdeki kopolimerler ile oranı % 3, % 5, % 8 ve % 12 olacak şekilde MWNT-Si-NH2 kullanılarak nanokompozitler hazırlandı. 
Bisfenol A propoksilat diglisidil eter ve piperazinden oluşan kopolimer sentezlendi. Sentezlenen kopolimerle MWNT-COOH ve MWNT-Si-NH2 karışımı ağırlıkça toplamda % 2, % 5, %10, %,15 ve % 20 olacak şekilde nanokompozitler hazırlandı.
Araştırmanın diğer kısmında p-toliidin ve benzaldehitden, shiff bazı sentezlendi. Sonrasında akriloil klorür ile trietilamin yanında monomer sentezlendi ve monomer serbest radikalik yolla polimerleştirildi. Ni(CH3COO)2.4H2O kullanılarak metal kompleksine dönüştürüldü. Elde edilen bu polimerik kompleks ile % 2, % 8 ve % 15 oranında (ağırlıkça) MWNT-Si-NH2 içeren nanokompozitler hazırlandı.
Sentezlenmiş olan bütün yapılar FT-IR ile çözünen yapılar ayrıca 1H-NMR ve 13C-NMR ile karakterize edildi. Polimerlerin ve nanokompozitlerin termal davranışları DSC ve TGA ile ölçüldü ve sonuçlar birbirleriyle karşılaştırıldı. Ortalama molekül ağırlıkları ve polidispersite değerleri ise GPC ile ölçüldü.
Ayrıca elde edilen polimer ve nanokompozitlerin morfolojisini incelemek için SEM görüntüleri kullanıldı. Schiff bazlı polimer-nikel kompleksinin SEM-EDX analizi ile oluşan kompleksteki nikel metalinin oranı belirlendi. Schiff bazlı polimer-nikel kompleksinin ve nanokompozitinin magnetik süsseptibilitesi ve magnetyzaston ölçümleri alındı.
Polimerlerin ve nanokompozitlerin elektriksel özellikleri frekansa ve sıcaklığa bağlı olarak araştırıldı. Dielektrik sabiti, dielektrik kayıp faktörü, iletkenlik, susseptans değerleri grafiklendirilerek birbirleriyle karşılaştırıldı. 
Anahtar Kelimeler:  MWNT, "Grafting from", ATRP, nanokompozit, dielektrik özellikler, iletkenlik, SEM, termal analiz

Abstract:
Investigation of Thermal and Electrical Behaviors of Functionalized Multi Walled Carbon Nanotubes-Polymer Composites
In this study, polymer grafting to multiwalled carbon nanotube (MWNT) was achieved by grafting from method. For this aim, the multiwalled carbon nanotube was reacted by oxidizing acids such as HNO3/H2SO4, and -COOH group was introduced to MWCNT. Then, the MWNT-COOH converted to an acylchloride derivative with SOCl2 was reacted by ethylene glycol. The ring open polymerization (ROP) was achieved by using ε-caprolacton in presence of Sn(Oct)2 as catalyst and the MWNT-COOH prepared in this study, and later it was created a core for initiator of atom transfer radical polymerization by making end acylation with α-bromopropyonyl bromide in presence of sodium carbonate as catalyst. The MWCNT-PCL-b-PSt-b-PGMA triblock copolymer was produced as result of polymerization of first styrene and later glycidyl methacrylate via product prepared using CuBr/2,2´-bipyridyne as catalyst and a macroinitiator for ATRP. The nanocompozits were prepared from triblock copolymers with content % 1, % 3, % 5 and % 7 MWNT-COOH. 
In the other part of this study, theirs copolymers in the different ratios of glycidyl methacrylate and styrene were prepared by free radical polymerization method using azobisizobutyronitryle (AIBN) as initiator. The MWNT-COOH was converted form a acid ended nanotup to an amine ended strucuture ((MWCNT-Si-NH2).  The amine ended nanotup was modified by poly(glycidyl methacrylate -co-styrene). The nanocompozits were prepared from copolymers with different compositions by using ratios of % 3, % 5, % 8 and % 12 MWNT-Si-NH2. 
A copolymer containing bisphenol-A propoxilat diglycidyl ether and piperazine was synthesized. Nanocompozits were prepared from synthesized copolymers with a mixture of MWNT-COOH and MWNT-Si-NH2 containing totaly % 2, % 5,% 10, %,15 and  % 20 by weight. 
In the other  part of this investigation, a shiff-base was produced from reaction of p-toluidyne and benzaldehyde. Furthermore, monomer was synthesized from its reaction with acryloyl chloride in the presence of triethylamine, and monomer was polymerized by free radical polymerization method. It was converted to its metal complex by using Ni(CH3COO)2.4H2O.  Nanocompozits containing the MWNT-Si-NH2 in ratios of % 2, % 8 and % 15 (by weight) using prepared polymeric complex were produced. 
All the structures synthesized were caharacterized by FT-IR, and also soluble substances were characterized by 1H-NMR and 13C-NMR techniques. Thermal behaviors of polymers and nanocompozits were measured by DSC and TGA, the results revealing were comparized with each others. The values of average molecular weights and polydispersity were measured by GPC. 
The SEM images were used to investigation morphologies of polymer and nanocomposities.  Ratio of nichel metal in the complex produced was estimated by analysis of SEM-EDX of polymer-nichel complex with schiff bases. Magnetization measurements and magnetic suscebtibilities of polymer-nichel complex with schiff bases were recorded. 
The electrical properties of polymer and nanocompozits were investigated depending on frequency and temperature. The values of dielectric constant, dielectric loss factor, conductivity and suscebtance were plotted, and the results were compared to each others

Keywords: MWNT, "Grafting from", ATRP, nanocomposite, dielectric properties, conductivity, SEM, thermal analysis.