Grafen oksit ile kaplanan tekstil yüzeylerinin çevre dostu indirgenmesi, fonksiyonel özelliklerin geliştirilmesi ve incelenmesi
The environmentally friendly reduction of the textile coated with graphene oxide, the development and the examination of functional properties
Yazar: NERGİS DEMİREL GÜLTEKİN
Danışman: PROF. DR. İSMAİL USTA ; PROF. DR. BAHATTİN YALÇIN
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Tekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Tekstil Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Tekstil ve Tekstil Mühendisliği = Textile and Textile Engineering

Özet:
GRAFEN OKSİT İLE KAPLANAN TEKSTİL YÜZEYLERİNİN ÇEVRE DOSTU İNDİRGENMESİ, FONKSİYONEL ÖZELLİKLERİN GELİŞTİRİLMESİ VE İNCELENMESİ
Bu tez çalışmasının amacı, çevre dostu malzemelerle indirgenmiş grafen oksit kaplı Poliamid 6,6 çözgülü örme kumaşa fonksiyonel özellikler kazandırmaktır. Bu kapsamda, grafen oksit ile kaplanan Poliamid 6,6 çözgülü örme kumaşa, doğal kaynaklı malzemeler olan keçiboynuzu, kuşburnu ve karanfil toz ekstraktları ile indirgenme işlemi uygulanmıştır. Elde edilen indirgenmiş grafen oksit/Poliamid 6,6 çözgülü örme kumaş kompozit yapısının karakterizasyon analizleri ve mekanik dayanımının yanı sıra fonksiyonel özellikler olan elektriksel iletkenlik ve UV koruyuculuk özellikleri incelenmiş ve bu özelliklerin yıkama dayanımları belirlenmiştir. 
Çalışmanın ilk aşamasında, geliştirilmiş Hummers yöntemiyle grafitten grafen oksit sentezlenmiştir. Sentezlenen grafen oksit, X-ışını Difraksiyonu (XRD), Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi (FTIR), Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ve Enerji Dağılımlı X-Işını Spektrometrisi (EDXS) ve Termal Gravimetrik Analiz (TGA) teknikleri ile karakterize edildi. 
Çalışmanın ikinci aşamasında, sentezlenen grafen oksitten 1 g/L, 2 g/L ve 4 g/L konsantrasyonlarında sulu dispersiyonlar ultrasonik banyoda hazırlandı. Poliamid 6,6 çözgülü örme kumaşa noniyonik yıkama maddesi ile temizleme işlemi uygulandı. Ardından laboratuar tipi Jigger boyama makinesinde kaplama işlemi gerçekleştirildi. Jigger makinesi dokuna 30 cm eninde 250 cm uzunluğunda Poliamid 6,6 çözgülü örme kumaş sarılmıştır. Kaplama işlemi, 1/10 banyo oranında, 60C banyo sıcaklığında 1 saat süreyle gerçekleştirilmiş, ardından kumaş etüvde 60C'de kurutulmuştur. Kaplama işlemi, kumaş üzerindeki GO miktarını artırmak için 3 kez tekrarlanmıştır. Elde edilen grafen oksit kaplı Poliamid 6,6 çözgülü örme kumaşın karakterizasyonu FTIR ve SEM yöntemleri ile gerçekleştirildi. Renk ölçüm analizi, sürtmeye karşı renk haslık testi, patlama mukavemeti testi, yüzey direnci ölçümü ve UV geçirgenlik analizi ile kumaş yüzeyindeki grafen oksit varlığı tespit edildi ve grafen oksitin Poliamid 6,6 çözgülü örme kumaşın özellikleri üzerine etkisi incelendi. Farklı konsantrasyonlarda GO ile kaplanan PA 6,6 çözgülü örme kumaşın patlama mukavemeti ve patlama gerilimi sonuçlarına tek yönlü varyans analizi uygulandı.
Çalışmanın üçüncü aşamasında, grafen oksit ile kaplanan Poliamid 6,6 çözgülü örme kumaşın indirgenmesi gerçekleştirilmiştir. Burada, literatürde daha önce grafen oksit kaplı tekstil yüzeylerinde indirgenme işleminde, indirgeme maddesi olarak kullanılmamış olan keçiboynuzu, kuşburnu ve karanfil ekstraktları kullanılmıştır. Doğal ve çevre dostu malzemelerin indirgenme işleminde kullanımı, çevre ve insan sağlığına zararlı, toksik özellikteki kimyasal maddelerin kullanımına göre daha düşük maliyetlidir. İndirgenme işleminde değiştirilen parametreler, indirgenme süresi ve çözelti konsantrasyonu olarak belirlendi. İndirgenme işlemi, 1/20 banyo oranı, 95C reaksiyon sıcaklığında geri soğutucu düzenekte gerçekleştirilmiştir. Elde edilen keçiboynuzu, kuşburnu ve karanfil toz ekstraktları kullanılarak indirgenmiş grafen oksit kaplı Poliamid 6,6 çözgülü örme kumaşların TGA, FTIR ve SEM yöntemleri ile karakterizasyon analizleri yapıldı. Poliamid 6,6 kumaşta indirgenmiş grafen oksit nanotabakaların varlığı görüldü. Renk ölçüm analizi ile indirgenme sonrası kumaştaki renk değişimi belirlendi. İndirgenmiş grafen oksit nanotabakaların, sürtmeye karşı renk haslığı testi ile kumaş yüzeyindeki dayanımı, patlama mukavemeti ile mekanik özelliğe etkisi belirlendi. Patlama mukavemeti ve patlama gerilimi sonuçlarına tek yönlü varyans analizi uygulanarak farklı konsantrasyonlarda GO kaplanmış numunelere uygulanan indirgenme koşullarının etkisi değerlendirildi. Yüzey direnci ölçümü ve UV geçirgenlik analizi ile indirgenmiş grafen oksit kaplı kumaşın elektriksel iletkenlik ve UV koruyuculuk özellikleri incelendi. 
Çalışmanın dördüncü aşamasında, keçiboynuzu, kuşburnu ve karanfil toz ekstraktları ile iki farklı indirgeme süresi ve iki farklı indirgeme çözeltisi konsantrasyonunda indirgenmiş numunelerin yıkama sonrası özellikleri incelenmiştir. İndirgenmiş grafen oksit kaplı Poliamid 6,6 çözgülü örme kumaş numunelerin tamamına 1 kez yıkama işlemi uygulanmıştır. Yapılan yüzey direnci ölçüm sonucuna göre en düşük yüzey direncine sahip numunelere ait indirgenme koşulları belirlenmiş ve bu koşullarda indirgenmiş numunelere 10 yıkama işlemi uygulanmıştır. Yıkanmış numunelere uygulanan test ve analizler ile çevre dostu ve doğal ekstraktlar ile indirgenmiş grafen oksit kaplı Poliamid 6,6 çözgülü örme kumaşın sahip olduğu fonksiyonel özelliklerin kalıcılığı ve dayanımı belirlendi. 1 ve 10 yıkama sonrası patlama mukavemeti ve patlama gerilimi sonuçlarına tek yönlü varyans analizi uygulanarak farklı konsantrasyonlarda GO kaplanmış numunelere uygulanan indirgenme koşullarının etkisi değerlendirildi.

Abstract:
THE ENVIRONMENTALLY FRIENDLY REDUCTION OF THE TEXTILE COATED WITH GRAPHENE OXIDE, THE DEVELOPMENT AND THE EXAMINATION OF FUNCTIONAL PROPERTIES 
The purpose of the study is to add functional properties to the graphene oxide coated Polyamide 6,6 warp knitted fabric by reducing the graphene oxide with environmentally friendly materials. In this context, the reduction process was applied with the carob, rosehip and clove extracts which are chosen for their natural based, to the graphene oxide coated Polyamide 6,6 warp knitted fabric. The obtained reduced graphene oxide/ Polyamide 6,6 warp knitted fabric composite structure was characterized and aside from the mechanical strength, the electrical conductivity and UV protection property were investigated and then the washing durability of these properties were determined.
In the first stage of the study, graphene oxide was synthesized from the flake graphite thorough improved Hummers method. The synthesized graphene oxide was characterized by means of X-Ray Diffraction (XRD), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Scanning Electron Microscopy (SEM) and Energy Dispersive X-Ray spectrometry (EDXS), Ultra Violet- Visible Spectroscopy (UV-Vis) and Thermogravimetric Analysis (TGA). 
In the second stage of the study, the aqueous dispersions having three different concentrations as 1 g/L, 2 g/L and 4 g/L were prepared from the synthesized graphene oxide using ultrasonic bath. The Polyamide 6,6 warp knitted fabric was washed with nonionic washing agent. Then, the coating process was applied with the laboratory type Jigger dyeing machine. The Polyamide 6,6 warp knitted fabric with the dimensions of 30 cm width and 250 cm length was wrapped to the roll of the Jigger machine. The coating process was conducted with the liquor to goods ratio 10/1 and at 60C coating temperature for 1 hour. Then, the abric was dried in an oven at 60C. The coating process was repeated 3 times in order to increase the GO amount on the fabric. The characterization of the obtained graphene oxide coated Polyamide 6,6 warp knitted fabric was carried out by FTIR and SEM analysis. The presence of the graphene oxide on the fabric surface was determined by means of color measurement analysis, color fastness to the rubbing test, bursting strength test, surface resistivity measurement and UV transmittance analysis, and also the effect of graphene oxide on the properties of the Polyamide 6,6 warp knitted fabric was indicated. One-way analysis of variance was applied to the bursting strength and bursting distension results of PA 6,6 warp knitted fabric coated with GO at different concentrations. 
In the third stage of the study, the reduction process was applied to the graphene oxide coated Polyamide 6,6 warp knitted fabric. Herein, it is noteworthy to mention that the powder extracts of carob, rosehip and clove which were chosen as reducing agents used in this study have not been used before in the literature as reducing agents for the reduction process of graphene oxide coated textiles. The usage of natural and environmentally friendly materials in the reducing process are cost effective than the usage of materials that are toxic and harmful to the environment and human health. The parameters changed in the reduction process were determined as the duration of reduction reaction and the concentration of reduction solution. The reduction process was conducted with the liquor to goods ratio 20/1 and at 95C reduction reaction temperature under reflux. The obtained reduced graphene oxide coated Polyamide 6,6 warp knitted fabrics using carob, rosehip and clove extracts were characterized by means of TGA, FTIR and SEM techniques. The presence of reduced graphene oxide nanosheets were seen on the surface of Polyamide 6,6 fabric. The color change on the fabric after the reduction process was determined with the color measurement analysis. The color fastness against to the rubbing is utilized to determine the durability of the reduced graphene oxide nanosheets on the fabric surface and with the bursting strength test, the effect of reduced graphene oxide nanosheets on the mechanical property were studied. One-way analysis of variance was applied to the bursting strength and bursting stress results in order to evaluate the effect of the reduction conditions applied to samples coated with different concentrations of GO. The electrical conductivity and UV protection property of the reduced graphene oxide coated fabric were examined with the surface resistivity measurement and UV transmittance analysis.
In the fourth stage of the study, the properties of the fabrics reduced with the extracts of carob, rosehip and clove at two different durations and two different solution concentrations were studied after washing process. All of the reduced graphene oxide coated Polyamide 6,6 warp knitted fabric samples were machine washed for 1 time. The reduction conditions of the samples which have the lowest surface resistivity were determined according to the results of surface resistivity measurement and the reduced fabrics at that conditions were machine washed for 10 times. The durability and strength of the functional properties that are introduced to graphene oxide coated Polyamide 6,6 warp knitted fabric with using natural based and environmentally friendly extracts at reduction processes were studied with the tests and analysis applied to the washed samples. One-way analysis of variance was applied to bursting strength and burst voltage results after 1 and 10 washing processes in order to evaluate the effect of reduction conditions applied to samples coated with GO at different concentrations.