Polimer esaslı fonksiyonel nanokompozit malzemelerin üretimi
Production of polymer based functional nanocomposite materials
Yazar: KEVSER ÖZDEMİR
Danışman: PROF. DR. MEHMET ATİLLA TAŞDELEN
Yalova Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Polimer Malzemeler Ana Bilim Dalı / Polimer Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Elektroeğirme yöntemi = Electrospinning method ; Nanokompozitler = Nanocomposites ; Nanolif = Nanofiber ; Çıtçıt kimyası = Click chemistry

Özet:
Nanokompozitler, yüksek yüzey-hacim oranına sahip malzemeler olduklarından
malzemenin saf haline göre daha iyi mekanik, termal, optik, kimyasal ve fiziksel
özellikler göstermektedirler. Yeni nesil nanokompozit malzemelerden biri haline
gelmiş olan nanolifler, küçük boyutları sayesinde daha yüksek yüzey alanı/hacim
oranı, düşük yoğunluk, düşük özgül ağırlık, yüksek gözeneklilik, küçük gözenek
boyutu, yüksek biyo-uyumluluk, mukavemet, pürüzsüz yapısı ve kaplama
özelliklerine sahiptirler. Elektro-eğirme tekniği, son zamanlarda nanolif üretiminde en
sık kullanılan yöntemdir ve bu yöntemle üretilen lifler klasik yöntemle üretilen
liflerden yüz kez daha küçük yarıçapta olabilmektedir. Click kimyası yüksek verim
alınabilen, birçok fonksiyonel grupla uyumlu olan, yüksek seçicilik ile gerçekleşen,
fonksiyonel grup çeşitliliğine olanak sağlayan, kısa reaksiyon sürelerine sahip olan,
kullanılan çözücülere karşı hassas olmayan, kromatografik yöntemler kullanılmadan
ayrılabilen, zararsız ve ihmal edilebilir derecede düşük konsantrasyonda yan ürünler
oluşturan reaksiyonlar topluluğu olarak bilinmektedir. Bu çalışmada, elektroeğirme
tekniğinin click kimyası ile aynı zamanda uygulanması sağlanarak poli(vinil klorür)
(PVC) esaslı fonksiyonel nanoliflerin sentezlenmesi amaçlanmıştır. Elektriksel
ortamda bakır (I) katalizli azid-alkin siklokatılma click kimyasının (CuAAC)
gerçekleştirilebildiği Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FT-IR) ve proton
nükleer manyetik spektroskopisi (1H-NMR) yöntemleriyle ispatlanmıştır. CuAAC
click reaksiyonlarının etkinliği, PVC'nin azid bandındaki azalma takip edilerek FT-IR
spektroskopisi ile izlenmiştir. En iyi CuAAC click verimi, optimize edilmiş koşulda
(6:2:0,01= azid-fonksiyonlu PVC: fenil asetilen: bakır(II) sülfat pentahidrat, 35 kV
voltaj, negatif yüklü kolektör ve 0,1 mm/saat besleme hızı) %70 olarak bulunmuştur.
Ek olarak, 1H-NMR spektroskopisi, PVC-N3 ve fenil asetilenin click ürününün
kimyasal yapısını doğrulamıştır ve CuAAC click verimi %69,2 olarak hesaplanmıştır.
PVC-N3'ün yerinde fonksiyonladırılması sonucu elde edilen nanolifin, diferansiyel
tarama kalorimetresi ile termal özellikleri incelendiğinde fenil asetilen fonksiyonlu
nanolifin daha yüksek camsı geçiş sıcaklığına sahip (86,1 oC) olduğu tespit edilmiştir.
Elde edilen liflerin nanoboyutta olduğu taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile
gösterilmiştir. Nanoliflerin çapları SEM ile incelenmiştir ve nanolif çapları 20-400 nm
arasında bulunmuştur.
Anahtar Kelimeler: Click kimyası, Elektroeğirme, Nanolifler

Abstract:
Since nanocomposites are materials with a high surface-to-volume ratio, they show
better mechanical, thermal, optical, chemical and physical properties compared to the
pure form of the material. Nanofibers, which have become one of the new generation
nanocomposite materials, have higher surface area/volume ratio, low density, low
specific gravity, high porosity, small pore size, high biocompatibility, strength, smooth
structure and coating properties thanks to their small size. Electrospinning technique
is the most frequently used method in nanofiber production recently and the fibers
produced by this method can be a hundred times smaller radius than the fibers
produced by the classical method. Click chemistry is known as a set of reactions that
are highly efficient, compatible with many functional groups, perform with high
selectivity, allow functional group diversity, have short reaction times, are not
sensitive to the solvents used, can be separated without using chromatographic
methods, are harmless, and forms by-products in negligible low concentrations. In this
study, in-situ preparation and functionalization of poly(vinyl chloride) (PVC)
nanofiber was investigated by combination of copper(I)-catalyzed azide alkyne
cycloaddition (CuAAC) click chemistry and electrospinning methods. The succesful
production of functional PVC nanofibers has been confirmed by Fourier transform
infrared spectroscopy (FT-IR) and proton nuclear magnetic spectroscopy (1H-NMR)
methods. The efficiency of CuAAC click reactions was monitored by FT-IR
spectroscopy through the decrease on the azide band of PVC. The best CuAAC click
efficiency was found as 70% with optimized condition (6:2:0,01= azide-functional
PVC: phenylacetylene: copper(II) sulfate pentahydrate, 35 kV voltage, negatively
charged collector and 0,1 mm/h feeding speed). In addition,
1H-NMR spectroscopy
confirmed the chemical structure of clicked product of PVC-N3 and phenylacetylene
and the CuAAC click efficiency was calculated as 69,2%. The in-situ functionalization
of PVC-N3 led to obtain improved thermal properties of the clicked product (86.1 oC)
based on differential scanning calorimeter (DSC). The obtained fibers are in nanoscale
that proved by scanning electron microscopy (SEM). The diameters of nanofibers were
investigated by SEM and nanofiber diameters were found between 20-400 nm.
Keywords: Click chemistry, Electrospinning, Nanofibers