Akrilonitril, vinil asetat ve vinilfosfonik asit kopolimerleri̇nden ve terpolimerlerinden elektro-eğirilmiş nanofiber eldesi

Polimer malzemeler, insan hayatının her alanında faaliyet göstermektedir. Seramik ve metal gibi malzemelere oranla daha hafif olmaları, kolay işlenmeleri, yüksek mekanik özellik göstermeleri sebepleri ile çok fazla tercih edilmektedirler. Kullanılacağı alana göre, polimer malzemelerin özelliklerini geliştirmek amacı ile fiziksel veya kimyasal yöntemler kullanılarak bir takım iyileştirmeler uygulanabilmektedir. Özellikle dolgu ve katkı maddeleri, polimer özelliklerini arttırmak amacı ile sık olarak kullanılmaktadır. Polimer yapısı, kullanılacak her bir dolgu ve katkı maddesine göre şekillenmektedir. Alev geciktiriciler, stabilizatörler, antioksidanlar ve plastikleştiriciler gibi katkı maddeleri sıklıkla kullanılmaktadır. Nanofiberler, 100 nm'nin altındaki çaplara, yüksek yüzey alanına ve yüksek gözenekliliğe sahip yüksek fonksiyonlu malzemeler olarak birçok uygulamada bulunmaktadır. Bu uygulamalar arasında tekstil endüstrisi, doku mühendisliğinde yapı iskeleleri, ilaç endüstrisi, enzim immobilizasyonu, filtrasyon, yara iyileşmesi, biyosensörler gibi alanlar bulunmaktadır. Akrilik elyaflar, tekstil endüstrisinde en çok kullanılan elyaf türüdür. Dünyada artan yün ihtiyacını karşılamak amacı ile yapılan çalışmalar sonucunda bulunan akrilik elyaf, yüne benzeyen doğal his vermesi, kolayca yıkanabilme, güneş ışığına ve kimyasallara karşı dayanıklılık gibi özelliklere sahip olmasından dolayı çok fazla tercih edilmektedir. Orlon patent adı ile piyasaya sürülen, %100 akrilonitrilin polimerizasyonu ile homopolimer olarak üretilen ilk akrilik elyaf, sert ve kırılgan ve boyanması zor olması sebebi ile ikinci bir monomer ile karıştırılarak, kopolimere dönüştürülerek tekstilde kullanıma uygun hale getirilmiştir. Genellikle yaş ve kuru çekim sistemleriyle üretilen, akrilonitril monomeri ve komonomerinden oluşan akrilik elyaf, nano elyaf olarak da üretilmektedir. Bu çalışmada akrilonitril kopolimer ve terpolimerlerinin nano elyaflarının üretilmesi amaçlanmaktadır. Bu amaç doğrultusunda, akrilonitril monomeri ve komonomerlerin polimerizasyon reaksiyonu gerçekleştirilip, elektro-eğirilme tekniği kullanılarak nano elyaf eldesi gerçekleştirilmiştir. Aynı zamanda, akrilonitril kopolimerleri ve terpolimerleri, farklı su/monomer oranları ile değişik formülasyonlarda üretilmiş ve her bir formülasyondan nano elyaf eldesi gerçekleştirilmiştir. İlk aşamada, akrilonitril monomeri ve vinil asetat komonomeri 70 0C sıcaklıkta, amonyum persülfat başlatıcısı ile polimerleştirilmiştir. Su/monomer oranları; 3,5 ve 10 olarak ayarlanarak, farklı kompozisyonlarda kopolimerler üretilmiştir. Aynı yöntem terpolimer eldesi için de kullanılmıştır. Terpolimerin eldesi için akrilonitril ve vinil asetat monomerine ilaveten vinilfosfonik asit monomeri kullanılmıştır. Çevre dostu, halojensiz alev geciktirici türler olan fosfor içeren alev geciktiriciler yaygın olarak kullanılmaktadır. Yoğunlaştırılmış faz mekanizmasında, alev geciktiriciden gelen fosforik asit, polimerin termal bozunmasını değiştirerek kömür oluşumuna katkıda bulunmaktadır. İkinci aşamada, oluşturulan polimerlerden, dimetilformamid (DMF) çözücüsü kullanılarak çözeltiler hazırlanmıştır. Kopolimer çözeltileri %10 oranında hazırlanırken, terpolimer çözeltileri %5 oranlarında hazırlanmıştır. Bu çözeltiler, nano elyaf üretim yöntemi olan elektro-eğirme yönteminde kullanılarak, nano elyaf eldesi gerçekleştirilmiştir. Akrilik nano elyaflar ve polimerler, FTIR-ATR (Fourier Dönüşümlü Infrared Spektrofotometresi), SEM (Taramalı Elekron Mikroskobu), TGA (Sıcaklık Kütle Analizörü), DSC (Diferansiyel Taramalı Kalorimetri), Ostwald viskozimetre ve ICP (İndüktif Eşleşmiş Plazma) analiz cihazlarıyla karakterize edildi. Farklı su/monomer oranları ile hazırlanan kopolimer çözeltilerinden nanolif eldesi gerçekleştirildi. Aynı oranlarda hazırlanan terpolimer çözeltilerinden ise su / monomer oranı 10 olan terpolimer çözeltisinden nanolif eldesi gerçekleştirilebilirken, su/monomer oranı 3 ve 5 olan terpolimer çözeltilerinden nanolif eldesi gerçekleştirilememiştir. Nanolif eldesinin gerçekleştirilememesinin sebebi ise su/monomer oranı 3 ve 5 olan terpolimer çözeltilerinin yüksek viskoziteleridir. Yüksek viskoziteye sahip bu polimerlerin lif üretim aşamasında solvent attığı görülmektedir. Yarıkristal polimerlerin camsı geçiş sıcaklıklarının ve erime sıcaklıklarının komonomer ilavesi ile azaldığı bilinmektedir. Diffaransiyel Taramalı Kalorimetri (DSC) sonuçlarında, akrilonitril homopolimerin camsı geçiş sıcaklığı ile kıyaslandığında terpolimer ve kopolimerlerin camsı geçiş sıcaklıklarının arttığı görülmektedir. Camsı geçiş sıcaklıklarındaki yükselme, vinil asetat monomeri ve vinilfosfonik asit monomerinde bulunan elektronegatif atomların oluşturduğu hidrojen bağının etkisinden kaynaklanmaktadır. Ayrıca, terpolimerlerin camsı geçiş sıcaklıklarındaki artmanın, kopolimerlere oranla daha fazla olduğu görülmektedir. Kor (karbon) tabakası, yanıcı uçucu maddeleri incelten su buharı oluşumunu arttırır. Aynı zamanda, ısı kaynağından polimerik malzemeye ısı transferini azaltır. Polimerlerdeki kalıntı miktarının artması, karbon tabakası oluşumunun arttığı anlamına gelmektedir. Yaklaşık %52 kalıntı miktarı ile CP-2 örneğinde, en fazla karbon tabakası oluşumu görülmektedir. Terpolimerler arasında ise %47 kalıntı miktarı ile TP-3 örneğinde, en fazla kalıntı miktarı ve en fazla karbon tabakası oluşumu görülmektedir. Ek olarak, terpolimer sentezinde kullanılan su miktarının artması ile terpolimer örneklerindeki karbon tabakası oluşumunun azaldığı görülmektedir. Sentezlenen kopolimerlerin ve terpolimerlerin karbon tabakası oluşumuna katkısının homopolimer ve ticari P(AN-co-VAc)' den daha az olduğu görülmüştür. Su tutma testi sonuçlarına göre, sentezlenen kopolimerlerin ve terpolimerin su tutma yüzdesinin homopolimer açısından artış gösterdiği görülmektedir. Kopolimerlerin ve terpolimerlerin su tutma yüzdelerini karşılaştırırsak, kopolimerlerin su tutma yüzdelerinin neredeyse terpolimerlere eşit veya daha büyük olduğu görülür. Bunun nedeni, terpolimerler içinde bulunan fosfonik asit gruplarının kendi aralarında hidrojen bağları oluşturması ve dolayısıyla su ile hidrojen bağlanma oranının azalmasıdır. Sentezlenen terpolimerlerin gösterdiği düşük su tutma değerleri, nanoliflerin farklı kullanım alanları için uygun olabilir. Bu polimerler suya dayanıklı, su tutma özelliği düşük nanolif eldesi için kullanılabilir.