Polybenzoxazine based high performance nanofibers via electrospinning

Polibenzokzazinler yeni geliştirilen fenolik termoset rezinler olarak, geleneksel fenolik rezinlerin eksiklerini giderebilecek üstün özelliklere sahiptirler. Son yıllarda daha fazla ilgi çeken bu rezinler, tavlama için güçlü asitlere ihtiyaç duymama, tavlama sırasında toksik yan ürün oluşturmama, düşük su absopsiyonu, yüksek camsı geçiş sıcaklığı ve yüksek kömürleşme verimi gibi etkileyici özelliklere sahiptirler. Ayrıca, polibenzokzazinlerin molekül yapısı çok geniş tasarlanma esnekliğine sahip olduğu için, kullanım alanına uygun istenilen özelliklerde malzemelerin üretilebilmesini mümkün kılmaktadır. Elektrospin tekniği, değişik polimerlerden, polimer karışımlarından, inorganik malzemelerden, supramoleküler yapılardan ve kompozitlerden nanolif üretmek için yaygın olarak kullanılan, kolay ve maliyeti düşük bir üretim tekniğidir. Prensip olarak, polimer solüsyonlarından yüksek elektrik alan altında sürekli bir jet oluşturularak çapları nanometre ile birkaç mikron arasında değişen lifler elde edilmektedir. Elektrospin tekniği ile elde edilen nanolifler, yüksek yüzey alanları ve nano boyuttaki gözenekli yapıları sayesinde sıra dışı fiziksel/kimyasal özellikler göstermektedirler ve özellikle filtrasyon uygulamaları için etkili malzemelerdir. Bu tezde, elektrospin yöntemi kullanılarak iki farklı yaklaşımla polibenzokzazin bazlı yüksek performansa sahip nanogözenekli malzemeler üretilmiştir. İlk yaklaşımda, ana-zincir polibenzokzazinler (MCPBz'ler) sentezlenerek ilk kez bu rezinlerden taşıyıcı matriks kullanılmaksızın boncuksuz homojen dağılımlı nanolifler üretilmiştir. Ancak, bu nanoliflerin tavlama sıcaklığının altında, çapraz-bağlı yapılar oluşturamadan eriyek film haline dönüştüğü gözlemlenmiştir. Daha sonra, polybenzokzazinlerin istenilen özelliklerde tasarlanabilme esnekliği sayesinde, MCPBz nanoliflerinin termal karalılıklarını arttırabilmek için foto/termal yolla tavlanabilen yeni MCPBz rezinleri kolaylıkla tasarlanmış ve sentezlenmiştir. Böylece ilk basamakta foto tavlama uygulanarak nanoliflerin thermal karalılıkları arttırılmıştır, ikinci basamakta ise termal tavlama uygulanarak üstün termal ve mekanik özelliklere sahip MCPBz nanolifleri üretilmiştir. Ayrıca çapraz-bağlı ve yüksek gözenekli MCPBz nanoliflerinin çeşitli solventlerde, yüksek konsatrasyondaki asitlerde ve yüksek sıcaklıklarda oldukça kararlı olmaları, bu nanoliflerin yüksek sıcaklık ve şiddetli çevre koşulları gerektiren filtrasyon uygulamalarında kullanılabilecek oldukça etkili malzemeler olabilecekleri gösterilmiştir. İkinci yaklaşımda ise hem termoplastik polimerlerden hem de polimerik olmayan sistemlerden (siklodekstrinler) polibenzokzazin bazlı kompozit nanolifler üretilerek, polimerlerin ve siklodekstrinlerin thermal ve mekanik özellikleri geliştirilmiştir. Aynı zamanda, bu malzemelerin sulu çözeltilerdeki PAH'ları, boya moleküllerini ve ağır metalleri giderim deneyleri yapılarak elde edilen polibenokzazin bazlı kompozit nanoliflerinin atık su giderimlerinde potansiyel kullanım alanı gösterilmiştir. Anahtar sözcükler: benzokzazin, biyo-benzokzazin, ana-zincir polibenzokzazin, tavlama, çapraz-bağlı, selüloz asetat, polikarbonat, modifiye siklodekstrin, nanolif, elektrospin, termal, mekanik, poliaromatik hidrokarbons, boya molekülleri, metal iyonları, atık su.