Farklı tip nanotanecik ve iyonik katkıların PVDF'nin mikroyapısına ve kristallenme davranışına etkilerinin incelenmesi
Investigation of effects of different nanoparticles and ionic additives on the microstructure and crystallization behavior of PVDF
Yazar: ONUR KÜÇÜKLER
Danışman: PROF. DR. AHMET KAŞGÖZ
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Son yıllarda, verimli, çevre dostu, kendi kendine çalışabilen piezoelektrik malzemelere olan ilgi artmaktadır. Poliviniliden florür (PVDF) yüksek termal ve mekanik dayanımı, esnekliği, biyouyumluluğu, elektroaktif özellikleriyle dikkat çeken yarı kristal termoplastik polimerdir. Özellikle PVDF'nin piezoelektrik özellikleri, aynı atomların zincir üzerinde aynı yönde dizildiği elektroaktif polar β faz yapısıyla doğrudan ilişkilidir. Günümüzde bu özellikleri destekleyici PVDF'nin kompozitleri araştırılmaktadır. Bu tez çalışmasında farklı çeşit nano boyutlu tanecikler ve iyonik katkının PVDF'nin kristallenme davranışına ve mikro yapısına etkileri incelenmiştir. Kullanılan katkılardan, nano boyutlu tanecik olarak alüminyum oksit nanotel, çinko oksit ve organokiller, iyonik katkı olarak ise polydadmac kullanılmıştır. Örnekler eriyik harmanlama ve çözeltiden döküm yöntemiyle ağırlıkça %1-5 oranlarında hazırlanmıştır. Çözücü olarak dimetil formamid (DMF), eriyik harmanlama için laboratuvar tipi çift burgulu harmanlama cihazı kullanılmıştır. Termal geçmişlerinin eşitlenmesi ve kompozit içerisinde çözücü kalmaması için preste film haline getirilmiştir. Hazırlanan kompozitlerden organokil içerikli olanlar kinetik çalışma için yeterli bulunmuş, diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) cihazında yapılan ısıl analizlerle sabit sıcaklıkta ve farklı soğutma hızlarında kristallenmesi sağlanarak kinetik özellikleri incelenmiştir. Bağıl kristalite değerleri, kristalizasyon eğrisinin altında kalan alandan hesaplanmıştır ve hesaplanan kinetik verilerin  Avrami, Ozawa, Liu-Mo ve Jeziorny modelleri ile uygunluğu değerlendirilmiştir. Katkıların PVDF'nin mikroyapısına etkileri fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FT-IR) analiziyle belirlenmiştir. Veriler değerlendirildiğinde organokillerin kristalizasyonun başlangıç sıcaklığını artırarak nükleasyon etkisi yaptığı, kinetik verilere göre non izotermal koşullardaki kristalizasyonu zorlaştırdığı ve elektroaktif  β faz oluşumunu önemli ölçüde artırdığı tespit edilmiştir.

Abstract:
In recent years, interest has been increasing in efficient, environmentally friendly, self-operating piezoelectric materials. Polyvinylidene fluoride (PVDF) is a semi-crystalline thermoplastic polymer that attracts attention with its high thermal and mechanical strength, flexibility, biocompatibility and electroactive properties. In particular, the piezoelectric properties of PVDF are directly related to its electroactive polar β phase structure, in which the same atoms are arranged in the same direction on the chain. Nowadays, composites of PVDF that support these properties are being investigated. In this thesis, the effects of different types of nano-sized particles and ionic additives on the crystallization behavior and microstructure of PVDF were examined. Among the additives, aluminum oxide nanowire, zinc oxide and organoclays were used as nano-sized particles, and polydadmac was used as ionic additive. Samples were prepared at 1-5% by weight using the melt blending and solution casting method. Dimethyl formamide (DMF) was used as the solvent and a laboratory type double screw blending device was used for melt blending. It was pressed into a film to remove the thermal history and to prevent any solvent remaining in the composite. Among the composites containing organoclay were found to be sufficient for the kinetic study, and their kinetic properties were examined by crystallization at constant temperature and different cooling rates with thermal analyzes performed on a differential scanning calorimeter (DSC) device. Relative crystallinity values were calculated from the area under the crystallization curve and the compatibility of the calculated kinetic data with Avrami, Ozawa, Liu-Mo and Jeziorny models was evaluated. The effects of additives on the microstructure of PVDF were determined by fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) analysis. When the data were evaluated, it was determined that organoclays had nucleation effect by increasing the initial temperature of crystallization in non-isothermal conditions, made crystallization more difficult in according to kinetic data and significantly increased the formation of the electroactive β phase.