Polipirol-poli(akrilonitril-ko-vinil asetat) kompozit ince film ve nanolif oluşumu ve karakterizasyonu
Formation and characterization of polypyrrole-poly(acrylonitrile-co-vinyl acetate) composite thin film and nanofiber
Yazar: SUAT ÇETİNER
Danışman: PROF. DR. A. SEZAİ SARAÇ ; PROF. DR. FATMA KALAOĞLU
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Tekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Tekstil ve Tekstil Mühendisliği = Textile and Textile Engineering
Dizin: Kompozit filmler = Composite films ; Kompozit malzemeler = Composite materials ; Nanokompozitler = Nanocomposites ; Poliakrilonitril = Polyacrylonitrile ; İletken polimerler = Conducting polymers

Özet:
Bu çalışma iki bölüme ayrılır. Bu bölümler; elektriksel iletken tekstil yapılarınınantistatik, elektrostatik boşalma ve elektromanyetik kalkanlama uygulamaları içinpolimerik nanokompozitlerin sentezini kapsar.İlk bölümde, akrilonitril (AN) serbest radikalik polimerizasyonu, Ce(IV)-okzalik asitredoks başlatıcı sistemi varlığında sulu ortamda gerçekleştirilmiş ve poliakrilonitril(PAN) matriksinde pirol (Py), N-Metil pirol (NMPy) ve N-Fenil Pirol (NPhPy)yükseltgen polimerizasyonu ile kompozit filmler hazırlanmıştır. Polipirol (PPy)türevi konsantrasyonunun polimerik film özellikleri üzerindeki etkisi araştırılmıştır.Sıcaklık ve frekansın dielektrik/elektriksel özellikleri üzerindeki etkisi, 0.05 Hz ? 10MHz frekans ve 0 oC ? 250 oC sıcaklık aralığında incelenmiştir. PPykonsantrasyonun artışıyla iletkenlik, dielektrik sabiti ve dielektrik kaybı değerleriartmıştır. İletkenliğin frekans ve sıcaklık ile artışı, yük taşıyıcılarının hareketkabiliyetinin artması sebebiyledir. Kompozit yapıdaki dipoller serbest hale gelir veuygulanan elektrik alana cevap verir; bu yüzden polarizasyon ve dielektrik sabitiartar.İkinci bölümde, akrilonitril (AN) - vinil asetat (VAc) serbest radikalikkopolimerizasyonu Ce(IV) başlatıcısı kullanılarak dodesil benzen sülfonik asitinsodyum tuzu (DBSA) varlığında sulu ortamda gerçekleştirilmiştir. Kompozit filmlerve nanolifler, Py'nin P(AN-ko-VAc) matriksinde Ce(IV) ile polimerleştirilmesi ileüretilmiştir. SEM görüntüleri, nanolif çaplarının PPy miktarına bağlı olduğunugöstermiştir. Ortalama nanolif çapları PPy konsantrasyonunun artışıyla azalmıştır.FTIR-ATR spektrofotometrik analizi ile PPy'nin CH düzlem içi titreşim (1318 cm-1)pikine işaret eden yeni bir absorpsiyon bandı gözlenmiştir. CN halka gerilme titreşimpikinin (1451 cm-1) absorbans değerlerinde artış tespit edilmiştir. Nitril (CN)gruplarına ilave olarak karbonil (C=O) grupları pirolün katyonik grupları ile olanetkileşimlerinde çok önemli bir rol oynamıştır. PAN'a kıyasla P(AN-ko-VAc)kompozit filmlerindeki iletkenlik, karbonil grubunun kısmi negatif yükleri nedeniyleartmıştır. Elektrik modül verileri, kompozitlerde daha iyi dielektrik relaksasyondavranışı sağlamıştır. P(AN-ko-VAc)-PPy kompozitlerinin AFM görüntüleri, pirolünP(AN-ko-VAc) matriksinde polimerleşmesiyle farklı boyutlarda PPy taneciklerininoluştuğunu göstermiştir.

Abstract:
This study is divided into two parts. They cover to synthesis of polymericnanocomposites for antistatic, electrostatic discharge and electromagneticinterference shielding applications of electrically conductive textile structures.In the first part, free radical polymerization of acrylonitrile (AN) was performed inthe presence of Ce(IV) ? oxalic acid (OA) redox initiator system in the aqueousmedium and composite films were prepared in polyacrylonitrile (PAN) matrix byoxidative polymerization of pyrrole (Py), N-methyl pyrrole (NMPy) and N-phenylpyrrole (NPhPy). The effect of polypyrrole (PPy) derivative concentration wasinvestigated on the composite film properties. The effect of frequency andtemperature on the dielectric/electrical properties was examined in the frequencyrange between 0.05 Hz and 10 MHz, and in the temperature range between 0 oC and250 oC. Conductivity, dielectric constant and dielectric loss values increased with theincrease of PPy concentration. The increase of conductivity with temperature andfrequency is due to increase of the mobility of charge carriers. The dipoles becomefree and respond to the applied electric field in composite structure; thus, thepolarization and dielectric constant increase.In the second part, free radical copolymerization of acrylonitrile (AN) - vinyl acetate(VAc) was performed by using Ce(IV) initiator in the presence of dodecyl benzenesulfonic acid sodium salt (DBSA) in the aqueous medium. Composite films andnanofibers were produced by polymerization of Py with Ce(IV) on P(AN-co-VAc)matrix. SEM images showed that diameter of nanofibers was dependent on PPycontent. The average nanofiber diameters reduced with increasing PPy concentration.A new absorption band was observed corresponding to the CH in plane vibrationpeak (1318 cm-1) of PPy by FTIR-ATR spectrophotometric analysis. An increasewas determined in the absorbance values of CN ring stretching vibration (1451 cm-1).In addition to nitrile (CN) groups, the carbonyl (C=O) groups played a significantrole on the interactions with cationic sites of Py. Conductivity increased due tocarbonyl group?s partial negative charges in P(AN-co-VAc) composite filmscompared to PAN. The electric modulus datas ensured the better dielectric relaxationbehavior on the composites. The AFM images of the P(AN-co-VAc)-PPy compositesshowed that different sized PPy grains were occured by the polymerization of pyrroleon P(AN-co-VAc) matrix.