Polipirol-poli(akrilonitril-ko-vinil Asetat) Kompozit İnce Film Ve Nanolif Oluşumu Ve Karakterizasyonu

Abstract

Bu çalışma iki bölüme ayrılır. Bu bölümler; elektriksel iletken tekstil yapılarının antistatik, elektrostatik boşalma ve elektromanyetik kalkanlama uygulamaları için polimerik nanokompozitlerin sentezini kapsar. İlk bölümde, akrilonitril (AN) serbest radikalik polimerizasyonu, Ce(IV)-okzalik asit redoks 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 − 10 MHz frekans ve 0 oC − 250 oC sıcaklık aralığında incelenmiştir. PPy konsantrasyonun artışıyla iletkenlik, dielektrik sabiti ve dielektrik kaybı değerleri artmıştır. İletkenliğin frekans ve sıcaklık ile artışı, yük taşıyıcılarının hareket kabiliyetinin artması sebebiyledir. Kompozit yapıdaki dipoller serbest hale gelir ve uygulanan elektrik alana cevap verir; bu yüzden polarizasyon ve dielektrik sabiti artar. İkinci bölümde, akrilonitril (AN) - vinil asetat (VAc) serbest radikalik kopolimerizasyonu Ce(IV) başlatıcısı kullanılarak dodesil benzen sülfonik asitin sodyum tuzu (DBSA) varlığında sulu ortamda gerçekleştirilmiştir. Kompozit filmler ve nanolifler, Py’nin P(AN-ko-VAc) matriksinde Ce(IV) ile polimerleştirilmesi ile üretilmiştir. SEM görüntüleri, nanolif çaplarının PPy miktarına bağlı olduğunu göstermiştir. 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 titreşim pikinin (1451 cm-1) absorbans değerlerinde artış tespit edilmiştir. Nitril (CN) gruplarına ilave olarak karbonil (C=O) grupları pirolün katyonik grupları ile olan etkileşimlerinde çok önemli bir rol oynamıştır. PAN’a kıyasla P(AN-ko-VAc) kompozit filmlerindeki iletkenlik, karbonil grubunun kısmi negatif yükleri nedeniyle artmıştır. Elektrik modül verileri, kompozitlerde daha iyi dielektrik relaksasyon davranışı sağlamıştır. P(AN-ko-VAc)-PPy kompozitlerinin AFM görüntüleri, pirolün P(AN-ko-VAc) matriksinde polimerleşmesiyle farklı boyutlarda PPy taneciklerinin oluştuğunu göstermiştir.

This study is divided into two parts. They cover to synthesis of polymeric nanocomposites for antistatic, electrostatic discharge and electromagnetic interference shielding applications of electrically conductive textile structures. In the first part, free radical polymerization of acrylonitrile (AN) was performed in the presence of Ce(IV) – oxalic acid (OA) redox initiator system in the aqueous medium and composite films were prepared in polyacrylonitrile (PAN) matrix by oxidative polymerization of pyrrole (Py), N-methyl pyrrole (NMPy) and N-phenyl pyrrole (NPhPy). The effect of polypyrrole (PPy) derivative concentration was investigated on the composite film properties. The effect of frequency and temperature on the dielectric/electrical properties was examined in the frequency range between 0.05 Hz and 10 MHz, and in the temperature range between 0 oC and 250 oC. Conductivity, dielectric constant and dielectric loss values increased with the increase of PPy concentration. The increase of conductivity with temperature and frequency is due to increase of the mobility of charge carriers. The dipoles become free and respond to the applied electric field in composite structure; thus, the polarization 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 benzene sulfonic acid sodium salt (DBSA) in the aqueous medium. Composite films and nanofibers 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 PPy content. The average nanofiber diameters reduced with increasing PPy concentration. A new absorption band was observed corresponding to the CH in plane vibration peak (1318 cm-1) of PPy by FTIR-ATR spectrophotometric analysis. An increase was 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 significant role on the interactions with cationic sites of Py. Conductivity increased due to carbonyl group’s partial negative charges in P(AN-co-VAc) composite films compared to PAN. The electric modulus datas ensured the better dielectric relaxation behavior on the composites. The AFM images of the P(AN-co-VAc)-PPy composites showed that different sized PPy grains were occured by the polymerization of pyrrole on P(AN-co-VAc) matrix.