Grafen-polimer nanokompozitlerin emülsiyon polimerizasyonu yöntemi ile üretimi ve karakterizasyonu

Grafen karbon esaslı 2 boyutlu malzemeler sınıfında bulunan ve elektriksel, mekanik ve termal özellikleri bakımından oldukça üstün özellikler gösterebilme potansiyeli bulunan bir malzemedir. sp2 bağ yapısına sahip olan bu malzeme, günümüzde bilinen en yüksek dayanıma sahip malzemedir. Aynı zamanda spesifik yüzey alanının (2630 m2/g) diğer malzemelere göre oldukça yüksek olması bu malzemenin potansiyel uygulama alanlarını oldukça çeşitlendirmektedir. Ancak grafen, kısıtlı kullanıma sahip olmasından dolayı, en çok polimer nanokompozit üretimine dayalı araştırmalarda tercih edilmektedir. Grafenin bir nano katkı olarak kullanıldığı polimer nanokompozitlerin üretiminde en çok karşılaşılan problem, grafenin polimer matris içerisinde iyi dağıtılamaması ve buna bağlı elde edilen nanokompozitin özelliklerinin beklenenden oldukça düşük olmasıdır. Bu sorunu çözmek adına yapılan çalışmalar genel olarak grafen tabakalarının yüzey modifikasyonuna veya yüzey aktif maddeler kullanılarak grafenin veya grafen oksitin matris içinde dağılmasını arttırmaya yöneliktir. Bu yaklaşımlar kısa sürede etkili olsa da; iyi grafen dağılımlı kompozitin ömrü istenilen kadar uzun olmamaktadır. Daha etkili bir yaklaşım ise; matris ile grafenin kovalent bağlanarak oluşturdukları bir kompozit malzemenin üretilmesi ve kararlılığının sağlanmasıdır. Bu çalışmanın temel amacı, grafenin polimer matris içerisinde homojen dağılımının ve kararlılığının sağlanarak polimer kompozitin koloidal, yapısal, termal, mekanik ve elektriksel özelliklerinin geliştirilmesidir. Bu amaçtan yola çıkarak; öncelikle grafitten Hummers yöntemi kullanılarak grafen oksit (GO) üretilmiş ve sonrasında 2-hidroksi metil metakrilat (HEMA) monomeri ile fonksiyonlandırılmasının gerçekleşebilmesi için klorlama işlemi uygulanmıştır. Bu işlem ile GO tabakalarının uçlarında yer alan karboksilik asit grupları önce asit klorür yapısına dönüştürülmüş daha sonra bu yapı üzerinden HEMA bağlanmıştır. İkinci aşamada ise; HEMA ile fonksiyonlandırılmış GO nanotabakaları metil metakrilat (MMA) ve bütil akrilat (BuA) monomerleri ile emülsiyon polimerizasyonu yöntemi kullanılarak reaksiyona sokulmuş ve polimer nanokompozit lateksler ve bu latekslerin ince filmleri hazırlanmıştır. Elde edilen grafenik yapıların ve nanokompozitlerin özellikleri X-ışını kırınım yöntemi (XRD), Fouirer transform infrared spektrofotometresi (FTIR), ultraviyole-görünür ışık spektrofotometresi (UV-vis), taramalı elektron mikroskobu (SEM), termogravimetrik analiz (TGA), zeta potansiyeli ve tanecik boyutu analizi yöntemleri ile incelenmiştir.