Karbon nanotüp takviyeli polimer nanokompozit geliştirilmesi
Development of polymer nanocomposite reinforced multiwalled carbon nanotube
Yazar: FİGEN ARSLAN
Danışman: PROF. DR. NURSEL DİLSİZ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Karbon = Carbon ; Nanokompozitler = Nanocomposites ; Nanotüp = Nanotube ; Polilaktik asit = Polylactic acid

Özet:
Karbon nanotüpler eşsiz mekaniksel, elektriksel, termal özelliklere sahiptirler ve poli(laktik asit) biyobozunur, biyouyumlu, gübrelenebilir bir polimerdir. Bu çalışmada, çok duvarlı karbon nanotüp/poli(laktik asit) (ÇDKNT/PLA) kompozitler çözelti dökme metoduyla hazırlanmıştır. ÇDKNT, ÇDKNT-COOH, ÇDKNT-OH ve MA-g-ÇDKNT nanopartikülleri dolgu maddesi olarak kullanılmıştır ve kloroform içinde iyi dağılım elde etmek için ÇDKNT yüzeyi maleik anhidrit (MA) ile modifiye edilmiştir. Nanokompozitlere ait sonuçlar FTIR ve ATR spektroskopisi, DSC, TGA, DMA, AFM, temas açı ölçümleri ve elektriksel iletkenlik testleri ile karakterize edilmiştir. ATR sonuçları maleik anhidritin (MA) ÇDKNT yüzeyine kovalent olarak bağlandığını (MA-g-ÇDKNT) göstermiştir. AFM analizlerinden elde edilen 3D (3 boyutlu) görüntüleri en iyi nanopartikül-matriks etkileşiminin MA-g-ÇDKNT/PLA filmine ait olduğunu işaret etmiştir. Bu nedenle, maleik anhidrit ile fonksiyonlaştırılan ÇDKNT nanopartiküllerinin PLA matriks tarafından ıslanabilirliğinin oldukça iyi olduğu söylenebilmektedir. Tan ? değerinin yüksek sıcaklığa kaymasından dolayı DMA analizi en verimli etkileşimin kütlece %3 MA-g-ÇDKNT içeren MA-g-ÇDKNT/PLA nanokompozitinde görüldüğünü işaret etmiştir. Hatta, termal bozunma sonuçları PLA'nın özelliklerinin geliştiğini kanıtlamıştır. Burada, ilk bozunma sıcaklığı 328,91 oC'den 347 oC'ye kütlece %0,5 MA-g-ÇDKNT ilavesiyle artmıştır. DSC analizlerinden ÇDKNT-OH/PLA nanokompozitinin camsı geçiş sıcaklığının (Tg) 85,78 oC'den 87,74 oC'ye arttığı görülmüştür ve bu değerler saf PLA'nınkinden yüksektir. Aynı zamanda, temas açı ölçümleri ÇDKNT-OH/PLA filmlerinin içerdikleri ?OH gruplarından dolayı diğerlerine göre oldukça hidrofilik olduğunu göstermiştir. Diğer taraftan, kompozit filmin yüzey direnci kütlece %3'lük ÇDKNT-COOH/PLA için 2,56x109 ?'dan 2,42x103 ?'a (106 mertebesinde) düşmüştür. Sonuç olarak, ÇDKNT yüzey modifiyesi değiştikçe nanokompozit filmlerde farklı özelliklerin gelişimi başarılmıştır.

Abstract:
Carbon nanotubes have unique mechanical, electrical, thermal properties and poly(lactic acid) is a biodegradable, biocompatible, compostable polymer. In this study, multiwall carbon nanotube/poly(lactic acid) (MWCNT/PLA) composites were prepared by solvent casting method. MWCNT, MWCNT-COOH, MWCNT-OH and MA-g-MWCNT nanoparticles were used as filler and surface of MWCNT was modified with maleic anhydride (MA) to get good dispersion in chloroform. The resulting of nanocomposites was characterized by FTIR and ATR spectroscopy, DSC, TGA, DMA, AFM, contact angle measurements and electrical conductivity tests. ATR observations revealed that the maleic anhydride (MA) was covalently attached to the MWCNT (MA-g-MWCNT). 3D (3 dimension) images which were gotten from AFM analysis indicated the best nanoparticle-matrix attractive in the MA-g-MWCNT/PLA film. So, it can be said that wettability by PLA matrix of functionalized MWCNT nanoparticles with maleic anhydride is very good. DMA analysis indicated the most efficient bonding was seen in MA-g-MWCNT/PLA nanocomposite with 3 wt% MA-g-MWCNT content due to the shift to high temperature of tan ? value. As well, thermal degradation of results demonstrated enhancement properties of PLA where initial decomposition temperature increased from 328,91 oC to 347 oC with the addition 0,5 wt% MA-g-MWCNT. It was seen, from DSC analysis the glass transition temperature (Tg) of MWCNT-OH/PLA nanocomposite increased from 85,78 to 87,74 and these values were higher than neat PLA. At the same time, contact angle measurements revealed that the MWCNT-OH/PLA films were strongly hydrophilic from the others due to icluding ?OH groups. On the other hand, the surface resistance of composite film decreased from 2,56x109 ? to 2,42x103 ? (by 106 order) for the 3 wt% MWCNT-COOH/PLA. Notably, improvements of different properties were achieved in nanocomposite fims when changing CNT surface modifying.