76
Archived Theses
0
DOIs Assigned
0%
DOI Rate
Discipline
Foto-"click" (CuAAC) kimyasıyla aşı kopolimerlerin sentezi ve karakterizasyonu
Aşı kopolimer özellikle morfolojisi, faz davranışları vb. gibi spesifik özellikleri sayesinde her geçen gün büyük ilgi uyandırmaktadır. Aşı kopolimerler genel olarak i) üzerine aşılama ii) üzerinden aşılama ve iii) makromonomer yöntemi olmak üzere üç şekilde elde edilir. Aşı kopolimerlerin sentezinde genellikle iyonik polimerizasyon kullanılmaktadır. Zor deneysel koşullar gerektiren ve sınırlı monomer türüyle gerçekleşen iyonik polimerizasyona alternatif olarak, kontrollü radikal polimerizasyonu ve "Click" kimyası tepkimelerinin ortak farklı yapılarda iyi tanımlanmış aşı blok kopolimerlerin çok daha basit deneysel koşullarda sentezlenebileceği gösterilmiştir. "Click" kimyası çeşitli tepkime koşullarında gerçekleştirilen, yüksek verimli, hızlı, yüksek seçicilikli, birçok fonksiyonel gruplarla uyumlu ve etkisiz yada hiç yan ürün vermeyen kimyasal tepkimeler topluluğudur. 2000'li yılların başında Sharpless ve Meldal tarafından bulunan bakır katalizörlüğünde gerçekleşen azid ve alkin gruplarının Huisgen 1,3-dipolar siklokatılma reaksiyonu (CuAAC) en çok tercih edilen "Click" kimyası reaksiyonudur. Bu reaksiyon sayesinde organik kimya, supromoleküler kimya, ilaç kimyası, biyokonjugasyon ve malzeme bilimi gibi bir çok uygulama alanında bir araya gelmesi çok zor gözüken gruplar kolaylıkla birleştirilmektedir. Fotokimyasal tepkimeler ısıyla gerçekleşen tepkimelere göre, daha düşük enerji ihtiyacı, hızlı gerçekleştirilmeleri ve hem konum hemde zaman olarak kontrol edilebilmelerinden dolayı önemli avantajlara sahiptirler. Son zamanlarda fotouyarılmış tiyol-alken ve tiyol-alkin, fotouyarılmış 1,3-dipolar siklokatılması, fotouyarılmış gerilmiş halkalı sikloalkin ve azidlerin siklokatılması, fotouyarılmış benzodioksinon ve alkollerden ester oluşumu ve fotokimyasal diels-alder tepkimeleri foto "Click" tepkimeri olarak geliştirilmiştir. Bu tez çalışmasında öncelikle ticari poli(vinil klorür) ve nitroksitle büyütülmüş radikal polimerizasyonuyla elde edilen poli(klorometilstiren-rastgele-stiren) polimerlerindeki klor grupları sodyum azid tepkimeye sokularak azid yan grupları içeren polimerler sentezlenmiştir. Diğer taraftan alkin uç fonksiyonlu poli(epsilon kaprolakton) polimeri propargil alkol/kalay oktoat başlatıcı sisteminin kullanıldığı halka açılması polimerizasyonuyla hazırlandı. Daha sonra elde edilen azid ve alkin fonksiyonlu polimerler UV ışığıyla üretilmiş bakır (I) katalizörlüğünde gerçekleşen azid-alkin foto-"Click" (CuAAC) tepkimesiyle birleştirilerek aşı kopolimerler sentezlenmiştir. Elde edilen aşı kopolimerlerin spektroskopik (FT-IR ve 1H-NMR), kromatografik (GPC) ve termal (DSC) özellikleri değişik analiz yöntemleriyle incelendi.
Yenilenebilir kaynaklı liken esaslı dolgu malzemesinin aype ile değerlendirilmesi
Dolgular malzemenin hacmini büyütmek ve maliyetini düşürmek amacıyla kullanılırlar. Ancak bunların dışında malzemenin işlenebilirliğini, şeffaflığını, ısıl, elektriksel, mekanik, geçirgenlik ve akış (reoloji) özelliklerini etkileyebilmektedirler. İnorganik dolgulu polimerlerin geri dönüşümleri zordur ve atıklarının çevreye olumsuz etkileri bulunmaktadır. Bu da doğal-organik dolgulu polimerleri ilgi çekici hale getirmeye başlamıştır. Bu dolgular, inorganik dolgulara kıyasla bir takım üstünlüklere sahiptirler. Bunlar; ucuzluk, kolay yakılabilirlik, hafiflik, düşük yoğunluk, yüksek mukavemet ve modül, işleme ekipmanları için nispeten daha az aşındırıcı olma, yaygınlıkları, ucuzlukları, yenilenebilir olmaları, biyobozunur olmaları, yakılması durumunda enerji geri kazanımı sağlamaları, sağlık açısından daha az tehlikeli olmaları ve çevre dostu karaktere sahip olmalarıdır. Bunun yanında organik dolgulu plastik kompozitlerin de bir takım üstünlükleri bulunmaktadır. Bunlar; fiyatlarının düşüklüğü, çevre dostu olmaları, iyi kimyasal ve mekanik özellikleri, iyi işlenebilirlik özellikleri, sürünme ve ısıl kararlılıkları, ahşap ürünlere nazaran böcekler için daha dirençli olmaları ve güzel estetik görünümleridir. Likenler; mikobiyont olarak adlandırılan bir mantar ve fotobiyont olarak adlandırılan bir foto sentetik eş olmak üzere en az iki organizmadan meydana gelen miniekosistemlerdir. Likenler parfüm endüstrisinde, tıpta, boya endüstrisinde, biyoremediyasyon süreçlerinde ve bazı türleri de insan ve hayvanlar için yiyecek ve yem olarak kullanılmaktadır. Endüstriyel açıdan büyük bir ticari değeri bulunmayan likenlerin dolgu olarak kullanılmasıyla; hem likenin yeni bir alanda değerlendirilmesi, hem de mevcut dolgulara yeni bir alternatif sunulması amaçlanmaktadır. Bu tezde; toz formunda temin edilen likeni FTIR, TGA, solvent dayanımı testleri ve yoğunluk ölçümleri ile karakterize etmek, ardından ekstrüzyon işlemiyle likeni % 5, 10, 15 oranlarında alçak yoğunluklu polietilen polimerine bir dolgu olarak dahil etmek, bu dolgulu polimeri enjeksiyon işlemine tabi tutarak kalıplamak; yoğunluk ölçümleri, çekme testi, darbe testi, abrasif aşınma testi, sertlik ölçümleri, Vicat yumuşama sıcaklığı testi, MFI, TGA ve DSC testleriyle, elde edilen dolgulu polimerin fiziksel, mekanik, ve ısıl özelliklerini belirleyerek karakterize etmek ve sonuçları değerlendirmek amaçlanmaktadır. Bu sonuçlar literatürdeki değerlerle kıyaslanacak ve bu dolgunun polimerik sistemlerde kullanma olanağı hakkında ipucu verecektir.
Bilgisayar destekli plastik mikro enjeksiyon kalıp tasarımı
Mühendisler; ürünün tasarım ve işlenebilirliğini doğrulamak amacıyla mikro ve nano boyutta kalıplanmış parçaların akış analizlerinde çoğunlukla CAE analizleri olarak adlandırılan bilgisayar destekli tasarım programlarını kullanmak zorundadırlar. Bu noktada; parçanın yapısal bütünlüğünü nominal kuvvetinin %80 i kadar düşürebilecek durumlar olan boşlukların uygun biçimde doldurulması, hava kapanlarının yerleştirilmesi ve kaynak/örgü hatlarının kritik bölgeler oluşturmasının engellenmesi için veriler elde edilir. Moldflow; ince duvarlı parçaların işlenmesinde büyük öneme sahip kayma hızı, kayma gerilimi ve atık gerilim gibi faktörlerin analizlerinin yapılmasına olanak sağlar. Mühendisler simülasyonlarında atık gerilimi en aza indirmek gibi bir dizi proses parametreleri kullanırlar. Kalıplamada eriyik haldeki malzeme hızla katılaşarak sonra bir önceki boyutlarına geri dönmeya çalıştığından atık gerilim çeşitli deformasyonlara neden olur. Bu durum genellikle, malzemenin çok hızlı biçimde enjeksiyonunu takiben hızlı bir soğutma çevrimi ile karakterize edilir.
Biyomedikal uygulamalar için grafen oksit/polimer kompozitlerinin hazırlanması
Kemik dokusu kendini onarma yeteneğine sahip olsa da yaralanma ya da hastalık sonucu ortaya çıkan büyük kemik hasarlarının tedavisi mümkün olmamaktadır. Geleneksel biyolojik greftlere alternatif bir çözüm olan kemik doku mühendisliği yaklaşımında, hasarlı dokunun yenilenmesi sürecinde görev alan hücrelerin çoğalabilmesi için gerekli mekanik ve biyolojik desteği sağlayan biyobozunur polimerlerden üretilen doku iskeleleri kullanılmaktadır. Bu tez çalışmasında, grafen oksit ile takviye edilmiş, poli(L-laktik asit) (PLLA)/poli(ε-kaprolakton) (PCL) karışımı kullanılarak gözenekli biyobozunur kemik doku iskeleleri hazırlandı. Polimer faz içerisindeki PLLA / PCL oranı, bozunma hızları ve mekanik özellikleri göz önünde bulundurularak 50/50 (w/w) olarak seçildi. Gözenekli yapının elde edilmesi için sırasıyla partikül uzaklaştırma ve süperkritik karbondioksit yöntemleri uygulandı. Gözenek boyutunu kontrol altında tutmak için 150-250 µm çapında sodyum klorür kristalleri kullanıldı. Grafen oksitin polimer faz içerisinde homojen olarak dağıtılmını sağlamak amacıyla iki farklı yöntem ve çözücüden yararlanıldı. İlk yöntemde grafen oksit, plakalarının açılması için liyofilizasyon işlemine tabi tutuldu ve doku iskelelerinin üretimi için çözücü olarak kloroform kullanıldı. İkinci yöntemde ise grafen oksit 1,1,1,3,3,3-hekzafloro-2-propanol (HFIP) çözücüsü içerisinde dağıtıldıktan sonra doku iskeleleri üretildi. Her iki yöntemle %2-5-7 (w/w) oranında grafen oksit içeren doku iskeleleri hazırlandı ve bu doku iskelelerinin özellikleri grafen oksit içermeyen doku iskeleleri ile karşılaştırıldı. Doku iskelelerinin morfolojik özellikleri taramalı elektron mikroskopu (SEM) ve mikro bilgisayarlı tomografi (micro-CT) ile incelendi. Elde edilen sonuçlar doku iskelelerinin yüksek porozite ve gözenekler arası bağlantılara sahip olduğunu gösterdi. Grafen oksitin polimer faza ait kristallik özelliklerine etkisi X-ışını difraksiyonu (XRD) yöntemi ile incelendi ve grafen oksit miktarındaki artış ile polimer faza ait kristallik piklerinin şiddetinin arttığı gözlendi. Doku iskelelerinin termal özellikleri diferansiyel taramalı kalorimetre ile incelendi ve polimer fazın termal özelliklerinin grafen oksit miktarından bağımsız olduğu görüldü. Son olarak doku iskelelerine ait mekanik özellikler basma testi ile tayin edildi. Liyofilize grafen oksit ile hazırlanan doku iskelelerinde mekanik mukavemet grafen oksit miktarı ile ters orantılı değişirken, HFIP kullanılarak hazırlanan doku iskelelerinin mekanik dayanımının grafen oksit miktarı ile arttığı gözlendi.
Poliakrilamit-tabakasal silikat nanokompozit hidrojellerinin sentezi ve ağır metal gideriminde kullanımı
Hidrojeller hidrofilik polimerlerin çapraz bağlanması sonucunda suda çözünmeyen ancak su içinde şişme gösteren yapılardır. Birçok adsorpsiyon uygulamalarında kullanılabilmelerinden dolayı bu malzemeler büyük öneme sahiptir. Bu adsorpsiyon uygulamalarından biri de suyun saflaştırılması (ağır metal ve organotoksik maddelerin tutulması) işlemidir. Bu projede, polisakkarit ve protein yapısı içeren Spirulina mikroyosunun montmorillonit (MMT) kiline immobilizasyonu ile organofilik MMT (Sp-MMT) eldesi ve hazırlanan poli(akrilamit) (PAAm) nanokompozit hidrojellerinin metal adsorpsiyonu ile şişme özelliklerinin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Farklı dolgulama derecelerinde NaMMT ve Sp-MMT killerini içeren PAAm nanokompozit hidrojelleri, akrilamit (AAm) monomerinin in-situ serbest radikal polimerizasyon reaksiyonu ile N,N-metilen bis-akrilamit (BAAm) çapraz bağlayıcısı varlığında sentezlenmiştir. Sonuç nanokompozit hidrojellerin yapısal karakterizasyonu, X-Işını difraksiyonu (XRD) ve geçirimli elektron mikroskop (TEM) teknikleri ile gerçekleştirilmiştir. Polimer nanokompozit hidrojellerin ısıl ve morfolojik özelliklerine nanodolgunun yükleme derecesinin etkisi, ısıl gravimetrik analiz (TGA), diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) yöntemleri ile araştırılmıştır. Hidrojellerin krom metal iyonunu adsorplama kapasitesi, UV-VIS spektrofotometresi ile saptanmıştır. Saf PAAm hidrojeline göre, Sp-MMT dolgulu ve NaMMT dolgulu nanokompozit hidrojellerin daha yüksek şişme ve metal adsorplama kapasitesine sahip oldukları bulunmuştur. Ağırlıkça % 1 oranında Sp-MMT dolgusu içeren PAAm nanokompozit hidrojeli için eksfoliye nanokompozit yapısı, suda maksimum şişme ve gelişmiş ısıl özellikler elde edilmiştir. Bu nanokompozit hidrojelin aynı zamanda maksimum metal adsorplama kapasitesine sahip olduğu ve saf PAAm hidrojeline göre, yaklaşık % 312 daha fazla Cr6+ iyonunu adsorpladığı bulunmuştur. Metal adsorpsiyonundaki ve su absorpsiyonundaki bu önemli iyileşmenin nedeni, Spirulina'nın polimer matrise bağlı bir şekilde ve "açık formda" ağımsı bir yapı oluşturması ve böylece fonksiyonel gruplarının metal iyonu veya su ile etkileşme olasılığının yüksek olması ile ilişkilendirilmiştir. Diğer yandan, literatürde Spirulina ve MMT dolgusunun tek başlarına kullanıldıklarında sırasıyla ağırlıklarının sadece % 4.8 ve % 0.36'sı kadar Cr6+ iyonu adsorpladıkları rapor edilmiş olup, bu çalışmada hazırlanan ve % 1 Sp-MMT içeren PAAm nanokompozit hidrojelinin ise içerdiği Spirulina ağırlığının yaklaşık % 10000'i kadar Cr6+ iyonunu adsorpladığı bulunmuştur.
Yüksek dallanmalara sahip kopolimerlerin serbest radikalik fotopolimerizasyonla sentezlenmesi ve karakterizasyonu
Son yıllarda yüksek dallanmış polimerler, mimari yapıları, değişik fiziksel ve kimyasal özelliklerinden dolayı büyük ilgi çekmeye başlamıştır. Gerek akademik çalışmalarda, gerekse sanayideki kullanım alanlarının artması sebebiyle, yüksek dallanmış polimerler için değişik sentez yöntemleri geliştirilmeye başlanmıştır. Bu çalışmada, serbest radikalik fotopolimerizasyon ile yüksek dallanmalara sahip kopolimerlerin elde edilmesi ve karakterizasyonu amaçlanmıştır. Bu amaçla ilk adımda, 4-hidroksibenzofenonun (BPOH), metakriloil klorür ile metakrilasyon reaksiyonu gerçekleştirilmiş ve sentez sonrası II.tip başlatıcı, monomer ve kenetlenme ajanı özelliğine sahip metakrillenmiş benzofenon (BPMac) elde edilmiştir. Sentezlenen ürünün saflığı nükleer manyetik rezonans (1H NMR), fourier dönüşümlü infrared (FT-IR) ve kütle spektrometreli gaz kromatografisi (GC-MS) yöntemleri ile incelenmiştir. Ek olarak benzofenon ve değişik molaritelerde hazırlanan BPMac ve N-metildietiletanolamin (MDEA) çözeltilerinin foto-bozunma deneyleri gerçekleştirilmiştir. İkinci adımda, MMA ve yardımcı başlatıcı olan MDEA varlığında, elde edilen BPMac'ın serbest radikalik fotopolimerizasyonu gerçekleştirilmiş ve böylelikle yüksek dallanmalara sahip kopolimerler elde edilmiştir. Yapılan çalışmalarda, çeşitli konsantransyonlarda hazırlanan çözeltiler kullanılmıştır. Birinci sette, BPMac oranı ile molce eşdeğer miktarda MDEA kullanılmış ve molce % 0.5, %1, %3, %5 ve %7'lik çözeltileri hazırlanmıştır. İkinci sette ise, yardımcı başlatıcı olan MDEA'nın miktarı sabit tutulup, BPMac'ın konsantrasyonunun arttırıldığı çalışmalar yapılmıştır. Bu çözeltilerin fotopolimerizasyonu gerçekleştirilerek % dönüşümleri hesaplanmış ve jel geçirgenlik kromatografisi (GPC) ile molekül ağırlıkları tayin edilmiştir. Ayrıca termal gravimetrik analiz (TGA) ile ısıl özellikleri incelenmiştir. Yine sistemin yardımcı başlatıcısız çalışmadığını kanıtlamak amacıyla, aminsiz ortamda molce % 0.5'lik BPMac ve MMA ile bir reaksiyon gerçekleştirilip, sonuçları incelenmiştir. Bunun yanısıra molce % 5'lik BPMac ile AIBN'ın ısıl polimerizasyonu gerçekleştirilmiş ve oluşan lineer kopolimerin GPC ve TGA ile karakterizasyonu yapılıp, sonuçları incelenmiştir.
Yapay tendon olarak kullanılmak üzere elektro eğirme yöntemi ile doğal/sentetik polimerik membranların hazırlanması
Tendon hasarları bir sportif aktivite veya kaza sonrası sıklıkla karşılaşılan kas-iskelet sistemi problemlerinden biridir. Hafif yaralanmalarda sadece dinlenme ile tedavi edilebilmesi mümkünken kopma, yırtılma gibi daha ciddi durumlarda ileri tedavi yöntemlerine ihtiyaç vardır. Bu tedaviler otogreft, allogreft ya da zenogreft gibi biyolojik greftler ile yapılabilirken, biyobozunur olmayan polimerik sentetik greftlerin kullanılması da diğer bir seçenektir. Ancak hem biyolojik hem de sentetik greftler birçok problemi de beraberinde getirmektedir. Otogreft kullanımında verici bölgenin sınırlı olması ve hasar görebilmesi söz konusuyken, allogreftlerde immün cevap ve hastalık bulaştırma riski en önemli problemdir. Sentetik greftler ise biyobozunur olmadıklarından yeni tendon dokusunun oluşumuna izin vermezler ve bir süre sonra immün cevap artar. Son yıllarda bu tedavi yöntemlerine alternatif olarak doku mühendisliği yaklaşımı geliştirilmiştir. İlgili doku hücresinin biyobozunur 3 boyutlu bir destek yapıda büyütülmesi ve hastaya implantına dayanan bu yöntemde, kullanılacak destek yapı yani doku iskelesinin 3 boyutlu yapısı, biyouyumluluğu, biyobozunurluğu ve mekanik uygunluğu istenilen en önemli özelliklerdir. Tendon doku mühendisliğinde de doku iskelesi materyali olarak polilaktat, poliglikolat, polilaktat-glikolat kopolimeri gibi sentetik biyobozunur polimerler ve kolajen, kitosan, aljinat, ipek fibroin gibi doğal polimerler önerilmiştir. Bunlar arasında ipek fibroin biyouyumluluğu, birçok hücre tipinin büyümesini destekleyici özellikleri, yüksek mekanik dayanımı ile öne çıkar. Tendon için 3 boyutlu yapıların hazıırlanmasında en uygun yöntemler dokunun yapısı gereği fiber temelli yöntemlerdir. Elektroeğirme de bu konuda kullanılan son yılların en ilgi çekici metodlarından biridir. Bu yöntemle nanofiber yapısında membran üretimi mümkündür. Bu tez kapsamında, sentetik polikaprolakton ve doğal ipek fibroin polimerlerinden hazırlanan yönlendirilmiş fiberlere sahip nanofibröz membranlardan oluşan bir doku iskelesi üretilmesi amaçlanmıştır. Polimerlerden yönlendirilmiş fibröz membran üretimi için elektroeğirme yöntemi kullanılmıştır. Elektroeğirme proses şartlarının değiştirilmesi ile istenilen yönlenmede nanofiberlere sahip membranlar başarı ile üretilmiştir. Tasarlanan yapıların tendon dokusuna en yakın mekanik özelliklerini belirlemek amacıyla membranlar, nanofiberlerin aynı yönde ve birbirine dik açı yapacak şekilde iki faklı biçimde birleştirilerek spiral hale getirilmiştir. Membranlardaki fiber yönlenmesini ve spiral formda hazırlanan doku iskelelerinin morfolojisini incelemek amacıyla Taramalı Elektron Mikroskobu'ndan faydalanılmıştır. Mekanik olarak en iyi kombinasyonun belirlenmesi amacıyla çift katmanlı membranlara çekme uzama testi uygulanmıştır. Anahtar Kelimeler: Tendon, doku mühendisliği, doku iskelesi, biyobozunur polimer, ipek fibroin, polikaprolakton
Bilgisayar destekli plastik enjeksiyon kalıbı tasarımı ve tasarım esaslarına göre imalatı
Plastik bir ürünün tasarımında bilgisayar teknolojisinin kullanılması giderek gelişen plastik endüstrisi için önemli hale gelmiştir. Bir çizim masasında tasarlanmaya çalışılan ürün büyük bir zaman kaybına neden olacaktır. Bilgisayar teknolojisi mühendislik tasarımının farklı uygulamalarının bütününe ihtiyaç duyar. İmalat sürecindeki plastik parça ve analizlerin bilgisayar ortamında kolayca tasarlanabilir olması gerekmektedir. Ürün tasarımı için operasyon ihtiyaçlarının daha iyi belirlenmesini sağlar ve bunun sonucunda üretim ihtiyaçlarının karar verilmesinde tasarım verimliliğini maksimuma çıkarır. Plastik enjeksiyon süreci plastik parça üretiminde en popüler üretim yöntemidir. Bu sürecin bilgisayar ortamında CAE (Bilgisayar Destekli Mühendislik) analiz programları tarafından similasyonu yapılabilir. Süreç ihtiyaçları ve parametreler analiz edilebilir. Hesaplanan parametreler soğuma zamanı, süreç zamanı, dolum zamanı, kapama kuvveti gibi değerler elde edilebildikten sonra uygun ürün dizaynı ve kalıp dizaynı için kullanılır.
Yanma geciktirici özelliği arttırılmış polimer–kil nanokompozitlerin hazırlanması
Nanoteknoloji ve nanobilim kimya ile fizik bilimlerini bir araya getiren multidisipliner bir bilim alanıdır. Günümüzde bu alanda gerçekleştirilen çalışmalardan çoğu nano boyutta tanecikler içeren malzemeler hakkındadır. En yaygın çalışma alanı bulan nanokompozitler, en az bir bileşenini nano boyutta olduğu çok fazlı malzemeler olarak tanımlanırlar. Başta tıp, elektronik, tekstil, kataliz, bilişim ve uzay sektörleri olmak üzere oldukça yaygın ticari kullanım alanlarına sahiptirler. Bu uygulama alanları nano boyuttaki malzemelerin makro boyuttaki hallerine göre farklı özellikler göstermesine bağlı olarak artmaktadır. Bu çalışmanın temel amacı yanma geciktici özelliği arttırılmış polimer-kil nanokompozitlerinin hazırlanmasıdır. Öncelikle montmorillonit kil (MMT) kuaternize Bis (3-aminofenil)-fenil fosfin oksit (BAPPO) kullanılarak sulu bir ortam içinde BAPPO katyonları ile kildeki Na+ iyonları arasındaki iyon değişimi reaksiyonu sonucunda modifiye edilmiştir. Polistiren-kil nanokompozitler, dağılmış kil ihtiva eden stirenin serbest radikal polimerizasyonu ile hazırlanmıştır. Elde edilen nanokompozitler, X-ışını difraksiyonu (XRD) ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile karakterize edilmiştir. Kompozit içerisindeki nano-dolgu miktarının artışına bağlı olarak termal özelliklerdeki değişim termogravimetrik analiz (TGA) ve diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) ile incelenmiştir. Nanokompozitlerin alev geciktirici özellikleri ise kısıtlayıcı oksijen indeksi (LOI) ve UL 94 testleri kullanılarak belirlenmiştir.
Gluten esaslı biyobozunur blendlerin hazırlanması ve karakterizasyonu
Sentetik ve petrol esaslı malzemeler yerine yenilenebilir ve doğal kaynaklardan elde edilen, çevre dostu ürünlerin kullanımına yönelik çalışmalar son yılların en önemli araştırma konuları arasında yer almakta. Ülkemizde yüksek miktarlarda üretilen tarım ürünlerinin meydana getirdiği tarımsal atıklar, yüksek katma değerli, çeşitli ürünlerin üretilmesi için yenilenebilir ham madde olarak kullanılabilir. Bu şekilde, hem ekonomik değeri olmayan bu atıklardan biyobozunur ürünler elde edilmesi, hem de bu atıkların yok edilmesinin yarattığı sıkıntının giderilmesi mümkün olacaktır. Gluten, buğday nişastası üretiminde ortaya çıkan protein esaslı bir yan üründür. Yüksek molekül ağırlığı, yaygın apolar karakteri ve fraksiyonlarının çeşitliliği en önemli özellikleri arasındadır. Gluten esaslı filmler homojenlikleri, saydamlıkları, mekanik ve yüksek su dayanımları nedeniyle birçok uygulamada kullanılabilirler. Bu tez çalışmasında, petrol esaslı bir polimer olan alçak yoğunluklu polietilenin doğal bir polimer olan glutenle, l/d oranı 24 olan, aynı yöne dönen vidaya sahip, çift vidalı ekstrüderde hazırlanan blendlerinden filmler elde edildi. AYPE/Gluten filmlerinin mekanik özellikleri gerilme-gevşeme testleriyle, termal özellikleri diferansiyel taramalı kalorimetreyle ve termal gravimetrik analizleriyle belirlendi. Morfolojik özellikleri ise taramalı elektron mikroskobu ile incelendi. Doğal bir polimer olan glutenin AYPE matrise kattığı biyobozunma davranışı, su absorbsiyon ve mikroorganizma dayanım testleri ile belirlendi. AYPE/Gluten filmlerinin mikroorganizma dayanımları ekmek küfü olan Aspergillus Niger varlığında tespit edildi.
Periodontal doku yenilenmesinde kullanılmak üzere antibakteriyel biyobozunur polimerik filmlerin hazırlanması
Çeşitli sebepler sonucunda ortaya çıkan periodontal hastalıklar, insan hayatını olumsuz önde etkileyen ve sadece diş ile kalmayıp vücudun farklı sistemlerinide etkileyen bir durumdur. Bu hastalıkların boyut ve çeşidine bağlı olarak estetiği düzeltmek, diş eti iltihabı sonucu ortaya çıkan enfeksiyonu durdurmak, patolojik cebi ortadan kaldırmak, yıkıma uğrayan dokuları restore etmek, yumuşak doku ve kemik kaybını önlemek ve mobiliteyi azaltmak periodontal tedavinin temel amacıdır. Bu amaç için geliştirilmiş Yönlendirilmiş Doku Rejenerasyonuda hastalıklar sonucu hasara uğramış dişeti, periodontal ligament, sement ve alveol kemik gibi dokuların onarımında kullanılmaktadır. Biyobozunur ve biyobozunur olmayan membranlar sayesinde gerçekleştirilen bu tedavi yöntemi günümüzde etkin olarak uygulanmaktadır. İkincil bir cerrahi işlem gerektiren ve iyileşme sürecini olumsuz etkileyen biyobozunur olmayan membranlar yerine aynı veya daha üstün özelliklere sahip ve aynı zamanda da vücut içerisinde belli bir süre sonra yıkıma uğrayarak kaybolacak biyobozunur membranların kullanımı hem hasta sağlığı açısından hemde maddi yönden daha avantajlı bir konumdadır. Gelişen teknoloji ve ilerleyen bilim sayesinde vücut için en uygun, tedaviye en olumlu cevabı verecek membranların geliştirilmesi ise hala devam etmektedir. Bu tez çalışmasında da yönlendirilmiş doku rejenerasyonunda kullanılmak üzere antibakteriyel özelliğe sahip biyobozunur filmler ucuz ve kolay bir yöntem olan çözücü döküm yöntemi kullanılarak hazırlandı. Çeşitli yüzdelerde polilaktik asit (PLLA) ve polikaprolakton (PCL) kullanılarak kontrol gurubu filmler ve aynı yüzdelere sahip polimer karışımlarına propolis ilave edilerek antibakteriyel grubu filmler hazırlandı. Daha sonra bu iki film grubuna çeşitli testler ve analizler uygulanarak mekanik, ısıl, yapısal, antibakteriyel ve bozunma özellikleri teker teker incelendi. Farklı polimer yüzdelerine sahip filmlerin mekanik özelliklerini öğrenmek amacıyla çekme testine yapıldı ve ağız içinde ısırma ve çiğneme sebebiyle doğabilecek kuvvetlere karşı ne kadar dayanıklı olduğu incelendi. Yapay bir in-vitro ortam hazırlanarak vücut içinde olabilecek yaklaşık bozunma süreleri belirlendi. Antibakteriyel test sonucunda antibakteriyel özellik kanıtlandı. Yüzey morfolosinin nasıl olduğunu belirlemek amacıyla elektron taramalı mikroskop (SEM) yardımıyla yüzey görüntüleri incelendi. Polimerik filmlerin tüm bu testler sonucunda belirlenen özelliklerine propolisin katkısı gözlemlendi. Test ve analizler sonucu iki grup arasındaki olumlu olumsuz değişimler yorumlandı.
UV ışıkla çapraz bağlanma derecesi değişebilen hidrojellerin sentezi ve çeşitli özelliklerinin incelenmesi
Hidrojeller hidrofilik grup ya da kısımlar içeren ve sulu ortamda şişebilme yeteneğine sahip polimer ağ yapılar olarak bilinirler. Üç boyutlu ağ yapıları içerisinde kuru ağırlıklarının %10-20 si ile yüzlerce katı aralığında değişen miktarlarda su tutma yeteneğine sahiptirler. Suya karşı yüksek ilgileri olmasına rağmen polimer zincirleri arasında oluşan fiziksel ya da kimyasal bağlar nedeniyle çözünmezler. Hidrojeller biyouyumlulukları, biyobozunabilirlikleri, yüksek fonksiyonaliteleri ve geniş kullanım alanına sahip olmaları nedeniyle son yıllarda büyük dikkat çekmiştir. Hidrojelleri hazırlamak için doğal ve sentetik polimerler kullanılabilir. Her iki durumda da bazı avantaj ve dezavantajlar bulunmaktadır. Doğal polimerlerden üretilen hidrojellerin mekanik özellikleri yeterli olmamasına karşın düşük toksisite, yüksek biyouyumluluk ve biyobozunurluk gibi özelliklere sahiptirler. Diğer taraftan, sentetik hidrojeller daha üstün mekanik özelliklere, uzun kullanım sürelerine ve yüksek su absorpsiyon kapasitelerine sahiptirler. Modifiye edilerek biyouyumluluk, biyobozunma ve değişik özellikte fonksiyonalite kazandırılabilirler. Hem doğal hem de sentetik polimer esaslı hidrojeller yüksek orandaki su içerikleri nedeniyle doğal dokulara benzeyen esnekliğe sahiptirler. Yapıyı moleküler boyutta kontrol ederek; çapraz bağ yoğunluğu, biyobozunurluk, mekanik dayanım, uyarıcıya karşı biyolojik ya da kimyasal tepki vermek gibi özelliklere sahip polimer ağ yapıları tasarlamak ve üretmek mümkündür. Hidrojeller sıcaklık, pH, iyonik kuvvet, elektrik ve manyetik alan gibi çevresel etmenlerdeki küçük değişimlere karşı tepki vererek ani hacim faz geçişleri sergilerler. Hidrojeller kaynaklarına, polimer yapılarına ve konfigürasyonlarına, çapraz bağ türlerine, görünüşlerine ve elektriksel yüklerine göre sınıflandırılabilirler. Fotopolimerizasyon yöntemiyle hazırlanan hidrojeller; ilaç salınım sistemleri, kaplamalar, biyosensörler ve doku mühendisliği gibi birçok uygulama alanı için incelenmiştir. Son zamanlarda fotopolimerizasyon sistemleri bu tür uygulamalar için biyouyumluluğu ve biyobozunma özellikleri geliştirilmiş çok çeşitli malzemeler sunmaktadır. Fotopolimerizasyon oda sıcaklığında hızlı kürlenme ve polimerizasyon sürecinde kontrol edilebilen minimum ısı üretimi gibi avantajlara sahiptir. Bu çalışmada temel hedef olarak ticari hidrojellerden biri olan akrilamid bileşenli hidrojellerin amonyumpersülfat (APS) / tetrametiletilendiamin (TEMED) kimyasal başlatıcı çifti ve foto-bozunabilen diakrillenmiş-Irgacure-2959 (DAI) çapraz bağlayıcısı kullanılarak serbest radikal polimerizasyonu ile sentezlenmesi amaçlanmıştır. Daha sonra bu hidrojellerin UV ile parçalanmadan önce ve sonrakiözellikleri incelenmiştir. Çapraz bağlı hidrojellerin şişme ve mekanik mukavemeti derecesi, polimerin yapısı ve çapraz bağ yoğunluğuna bağlı olarak farklılık göstermektedir. Bundan dolayı ticari olan hidrojellere fotoaktif ve dolayısıyla foto-bozunabilir grupların katılması, hidrojelin tüm özelliklerinde değişikliklere sebep olacağı anlamına gelmektedir. Bu bilgilerden yola çıkarak sentezlenen poliakrilamit bazlı hidrojellere, DAI çapraz bağlayıcısı bağlanmış ve sentezlenen ticari ve UV ile bozunabilen hidrojellerin şişme davranışları değişen sürelere göre incelenmiştir. Sentezlenen diakrillenmiş-Irgacure-2959 (DAI)' nın yapısı Gaz kromotografisi-Kütle spektroskopisi (GC-MS) ve Fourier Transform Infrared Spektroskopisi (FTIR) kullanılarak; mekanik özellikleri Üniversal Basma Test Cihazı; ısıl kararlılıkları ise, Termogravimetrik Analiz (TGA) kullanılarak karakterize edilmiştir. Ayrıca tüm hidrojellerin morfolojik çalışmaları Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) kullanılarak incelenmiştir.
Plastik katkı maddelerinin, izotaktik polipropilen ahşap kompozitlerin yapı ve özelliklerine etkisi
Son yıllarda ahşap plastik kompozitlerin kullanımında önemli artışlar görülmektedir.Farklı ahşap malzemelerden elde edilen toz formundaki atıklar çeşitli termoplastiklere katılarak yeni kullanım alanları ortaya çıkmasına neden olmuştur. Özellikle ekstrüzyon uygulamasıyla elde edilen levha ve profil kompozitler, dış cephe kaplamalarında, sandalye, bank, masa, havuz kenarları, bahçe mobilyaları ve yürüyüş yolu uygulamaları, merdiven basamakları, resim çerçeveleri gibi bir çok alanda kullanımı yaygınlaşmıştır. Ahşap plastik kompozitlerin bu denli sık kullanıldığı uygulamalarda daha çok dayanıklı olması, aşınmaması, hızlı ve kolay üretim imkanına sahip olması gerekmektedir. Ancak ahşap ile plastik gibi iki farklı malzemenin birleştirilerek yeni bir kompozit üretiminde bazı sorunlar ortaya çıkmıştır ve bunlar için değişik çözüm yolları aranmaktadır. Özellikle polipropilen (PP) esaslı ahşap kompozitlerde en büyük problem polimerin şekillendirirken ahşap malzemenin yanması ve buna bağlı olarak oluşan ciddi gaz çıkışları ve son üründeki düşük fiziksel özelliklerdir. Her ne kadar kurutulmuş olsa da ahşap malzemedeki nem miktarı ve çekme özelliği ekstruzyon aşamasında yüksek sıcaklık ve basıncın etkisiyle kompozit yapısının bozunmasına ve ortam hava kalitesinin düşmesine sebep olmaktadır. Bu duruma bağlı olarak aynı zamanda üründe renk kararması ve iç yapısında gözeneklilik (gazlı ürün) oluşmaktadır. Bu çalışmada; kuru odun talaşı ile takviyelendirilen PP kompozitlere çeşitli katkı maddeleri katılarak uygulamada karşılaşılan sorunların üstesinden gelme ve bu katkıların kompozitlerin fiziksel ve mekanik özellikleri üzerine etkisini görmek amaçlandı. Odun talaşı/PP kompozitlerinin hazırlanmasında katkı maddesi olarak anti-oksidant, ısı stabilizatörü, iç ve dış kaydırıcılar ile uyumlaştırıcı kullanıldı. Odun talaşı/PP kompozitleri mikserde karıştırılıp ekstruderde granül şeklinde hazırlandıktan sonra, enjeksiyonda test numuneleri basılarak fiziksel ve mekanik özellikleri değerlendirildi. Hazırlanan test numunelerinin mekanik özellikleri kopmauzama, yüzey özellikleri taramalı elektron mikroskobu ve faz uyumluluğu ve termal geçişleri ise diferansiyel taramalı kalorimetre ile belirlendi.
Biyolojik uygulamalar için çapraz bağlı, yüksek gözenekli poliHIPE kompozitlerinin hazırlanması
Emülsiyon kalıplama yöntemi yüksek iç fazlı emülsiyonlar (High Internal Phase Emulsion, HIPE) kullanılarak yüksek gözenekli ve açık hücresel yapılı polimerlerin hazırlanmasında kullanılan basit ve etkili bir yöntemdir. HIPE'ler büyük hacimlerde iç faz veya dispers faz içeren konsantre sistemler olarak tanımlanır. Bir HIPE'de iç faz hacmi (Ø), genellikle toplam emülsiyon hacminin 0.74'ünden daha fazladır ve bu değer 0.99'a kadar çıkarılabilir. HIPE'lerin sürekli fazının veya her iki fazın birden polimerizasyonu ise "poliHIPE" olarak adlandırılan polimerlerin oluşmasını sağlar. PoliHIPE'ler eşsiz özellikleri nedeniyle membran filtrasyonunda, iyon değişimi reçinelerinde, organik sentezler için ultra gözenekli destek malzemelerinin sentezinde, kromatografik destek malzemelerinde ve doku mühendisliği uygulamalarında kullanılmak üzere geliştirilmiştir. Ancak gözenekli yapının bir sonucu olarak ortaya çıkan yetersiz mekanik dayanımları gerçek endüstriyel uygulamalarını kısıtlamaktadır. Bu tez çalışması ile emülsiyon kalıplama yöntemi kullanılarak mekanik dayanımı geliştirilmiş, gözenekli ve fonksiyonlu polimer kompozitleri hazırlanmıştır. Bu amaçla, mekanik özelliklerin geliştirilmesi için klasik takviyelendirici katkı maddelerinin yerine suda çözünebilen, biyouyumlu bir polisakkarit (pullulan) kullanılmıştır. Araştırmalar monolit ve mikroküre formunda poliHIPE'lerin hazırlanmasını kapsayan iki farklı aşamada gerçekleştirilmiştir. İlk aşamada glisidil metakrilat/1,3-bütandiol dimetakrilat (GMA/BDDMA) ve GMA/BDDMA/pullulan HIPE'lerinin sürekli fazının çapraz bağlanması ile poliHIPE monolitleri elde edilmiştir. İkinci aşamada GMA/BDDMA ve GMA/BDDMA/pullulan HIPE damlalarının ikincil bir süspansiyon ortamında dağıtılarak polimerleştirilmesi ile poliHIPE mikroküreleri elde edilmiştir. Elde edilen poliHIPE'lerin morfolojik, mekanik ve ısıl özellikleri hazırlama koşullarına bağlı olarak karakterize edilmiştir. Ardından enzim immobilizasyonu ve protein saflaştırılması gibi biyolojik uygulamalardaki kullanılabiliriliklerinin belirlenmesi amacıyla reaktif amin bileşikleri kullanılarak post-fonksiyonlandırma reaksiyonları gerçekleştirilmiştir.
Bitkisel yağlardan polimerize olabilen monomer sentez ve polimerleşmesi
Son yıllarda artan ekonomik, çevresel ve sürdürülebilirlik kaygıları nedeniyle bilimsel ve endüstriyel alanda bitkisel yağların kullanımı önemli artışlar göstermiştir. Bu bağlamda proje konusu olarak bitkisel yağlardan epoksi reçine sentezlenmesi seçildi. Bitkisel yağlar 5 çeşit farklı karbon-karbon çifte bağlara sahip yağ asidini değişik oranlarda barındırır; oleik (C18:1), linoleik (C18:2), linolenik (C18:3), palmitik (C16:0) ve stearik(C18:0). Soya yağının genel yapısında ; %25 oleik, %50 linoleik, %3-9 linolenik, %15 palmitik ve stearik asit bulunur. Soya yağında yer alan çifte bağlar serbest radikal polimerizasyon için yeteri kadar reaktif değildir. Epokside soya yağında bulunan internal epoksi halkaları katyonik polimerizasyona uygundur fakat sadece viskoz veya kauçuksu polimerler elde edilebilir. Bu nedenle soya yağından katı malzeme elde edilebilmek için uygun monomer ve polimerizasyon yöntemleri araştırıldı. Bitkisel yağlar modifiye edilerek poliol ve poliasit üretilmiş ve bunların izosiyanat vb. kimyasallarla reaksiyonu ile katı polyester, poliüretan üretilmiştir. Fakat, gerek uzun reaksiyon süreleri gerekse de toksik ve pahalı hammadde kullanımı nedeniyle bitkisel yağlarla bu polimer eldesi çok tercih edilmemiştir. Fakat epokside soya yağında bulunan internal durumdaki epoksi halkalarının, daha reaktif terminal epoksi halkaları olacak şekilde modifiye edilebileceği araştırıldı. Bu çalışmada ilk olarak epokside soya yağı, çift bağ içeren bir alkol ile modifiye edilerek daha sonra sert malzeme elde edebilmek için uygun polimerizasyon yöntemleri denenmiştir. Bitkisel yağ trigliseridleri daha monomer aşamasındayken modifiye edilerek fonksiyonel gruplarla zenginleştirilirlerse yeni kullanım alanları ortaya çıkacaktır. Zira ortaya çıkacak ürünün fiziksel ve kimyasal özellikleri daha sentez aşamasında arzu edilen istikamette şekillendirile bilinecektir. Sentezlenen monomer, epoksi reçine olarak anılmıştır. Reçine kürleşme reaksiyonları ile kaplama ya da film olarak kullanılabilecek malzeme elde edilmiştir. Tedarik edilen epokside soya yağı ve allil alkol, halka açılma reaksiyonu ve çapraz bağlı son malzemenin eldesi olmak üzere 2 basamakta reaksiyonlar gerçekleştirilerek film malzeme elde edilmiştir. İlk basamakta epokside soya yağında bulunan epoksi halka açılması sağlanmıştır ve allil alkol açılan zincire bağlanmıştır. Bu ara ürün doymamış çift karbon bağı ve hidroksil grubu gibi fonksiyonel gruplar içermektedir. Bu reaksiyonu gerçekleştirmek için farklı katalizörler, reaktant oranları, sıcaklık ve reaksiyon süreleri araştırılmıştır. Epoksi halka açılma reaksiyonu FT-IR analizi ve iyot tayini ile takip edilmiştir. Allillenmiş epokside soya yağı GPC, 1H-NMR, 13C-NMR ve epoksi oksijen tayin yöntemleri ile karakterize edilmiştir. Reaksiyonda yaklaşık %50 verime ulaşılmıştır. Allil alkol üzerinde bulunan doymamış karbon çifte bağlarının reaktif olması nedeniyle, polimerizasyon reaksiyonu için uygundur. Yapılan literatür araştırmalarında sıvı polien ve politiyol karışımlarından fotopolimerizasyon yöntemiyle katı malzemelerin elde edilebilir olduğu anlaşılmıştır. İkinci basamakta allillenmiş epokside yağı ile 4 fonksiyonel grup içeren pentaeritritol tetrakis ve uygun foto başlatıcı karışımları hazırlanmıştır. Doymamış karbon çift bağlarının, fonksiyol –SH gruplarına mol oranı 1:1 olarak alınarak foto başlatıcı oranı değiştirilerek örnekler hazırlanmıştır. Poli-en ve politiyol karışımlarının fotopolimerizasyonu ile hazırlanan malzeme örneklerinin kimyasal, mekanik ve termal özellikleri karşılaştırılmıştır. Bu araştırmada epokside soya yağı kaynakları kullanılarak çapraz bağlı kaplama ve film olarak son ürün elde edilmiştir ve karakterizasyon yöntemleri ile malzemenin farklı özellikleri belirlenmiştir.
Antibakteriyel polisülfon filmlerin hazırlanması ve uygulamaları
Bakteriler insan sağlığını etkileyen ciddi mikrobiyal enfensiyonlara neden olmaktadırlar. Son yıllarda antibakteriyel özelliğe sahip yeni malzemelerin geliştirilmesi üzerine birçok araştırma yapılmaktadır. Antibakteriyel özellik, bakterinin malzeme yüzeyinde büyümesini engelleyen ya da bakterinin ölümüne yol açan etkidir. Gümüş metali, kuartenize amonyum tuzları ve antibiyotikler antibakteriyel etkiye sahip maddelerdir. Polisülfonlar, mükemmel ısıl ve kimyasal dayanıklılık, radyasyona bağlı bozunmaya yüksek direnç, şeffaflık, yüksek sertlik, mekanik dayanım ve iyi elektriksel karakteristikler gibi yüksek performans özelliklerine sahip bir termoplastik polimerler ailesi olarak tanımlanmaktadır. Polisülfon malzemeler mükemmel film özelliklerinden dolayı medikal cihazlar (hemodiyaliz), gıda işleme, besleme sistemleri, otomotiv, elektronik, su arıtma, gaz ayırma ve yakıt pilleri gibi birçok uygulama alanında kullanılmaktadır. Polisülfonların kimyasal modifikasyonunda kullanılan klorometilleme ve kuarternizasyon reaksiyonları, son dönemlerdeki araştırmalara konu olmaktadırlar. Klorometilleme yöntemi polisülfonlara fonksiyonalite kazandırırken, kuarternizasyon işlemi ise polisülfonların hidrofilikliğini arttırarak biyomalzeme olarak kullanılabilmelerini sağlamaktadır. Bu çalışmada öncelikle ticari polisülfon polimerini klorometilleme yöntemiyle işlevsel hale getirilmiştir. Daha sonra sodyum ditiyokarbamat ile tepkimeye sokularak iniferter yan grupları içeren polimer sentezlenmiştir. Daha sonra bu polimerdeki iniferter grupları UV ışığıyla aktiflenerek 2-(dimetilamino)etil metakrilat (DMAEMA) monomerinin polimerizasyonu gerçekleştirilmiştir. Elde edilen aşı kopolimeri (PSU-aşı-PDMAEMA), metil iyodür ile kuaternize edilmiştir. Son olarak bu polimerin uygun çözeltisi hazırlanarak çözücünün uzaklaştırılması sonucu PSU-aşı-PDMAEMA filmler elde edilmiştir. Elde edilen malzemelerin özellikleri spektroskopik (FT-IR ve 1H-NMR), kromatografik (GPC), termal (DSC) ve antibakteriyel özellikleri değişik analiz yöntemleriyle incelenmiştir.
Poss esaslı nanokompozitlerin foto-"click" tepkimesiyle hazırlanması ve endüstriyel uygulamaları
Gelişen teknolojinin artan ihtiyaçlarına cevap verebilecek nitelikte materyallerin arayışı günümüzde sürekli olarak artmaktadır. Bu amaçla yapılan çalışmalarda üstün optik, termal, elektronik, fotonik, manyetik, reolojik, yapısal ve mekanik niteliklerinden dolayı nanokompozit malzemelerin kullanımı her geçen gün artış göstermektedir. Nanokompozit malzemelerin en önemli kullanım alanları plastik sektöründe büyük paya sahip olan kaplama, otomotiv, paketleme ve biyomedikal sanayileridir. Genel bir tanımla; iki veya daha fazla malzemenin, iyi özelliklerini bir araya toplamak ya da ortaya yeni bir özellik çıkarmak için, mikro veya makro seviyede heterojen karışımıyla oluşan malzemeye kompozit malzeme denir. Nanokompozitler, sürekli bir polimer matris içerisine dağılmış en az bir boyutu 100 nanometreden küçük olan parçacıkları içeren heterofazlı kompozit yapılardır. Nano boyutta gerçekleştirilen, atom ve moleküllerde meydana gelen farklılıklarla daha saydam camlar, daha hafif materyaller, daha dayanıklı arabalar, daha temiz giysiler, daha uzun ömürlü boyalar, gibi güncel yaşamımızı doğrudan etkileyen birçok nanomalzemelerin üretilmesine olanak sağlanmaktadır. Kompozitlerin hazırlanmasındaki teknik zorlukların çözülmesi ve özellikle nanokompozitlerde kullanılan malzemelerin fiyatlarının düşmesiyle birlikte polimer nanokompozitlerinin kullanımı son yıllarda artmaya başlamıştır. Polimer nanokompozitler polimerik malzeme (termoplastik, termoset veya elastomer) ve nano ölçekli pekiştiriciden meydana gelirken, bu malzemelerin mekanik, gaz geçirgenlik, termal kararlılık, alev geciktirme gibi özellikleri, kendilerine göre üstünlük göstermektedir. Nanokompozit üretiminde kullanılan katkı maddeleri killer, iki nanoboyutlu karbon nanotüpler ve nanoteller, ve son olarak da üç nanoboyutlu silika, metal partiküller ve kuantum tanecikler olarak üç ana gruptan oluşmaktadırlar. "Click" kimyası; ürünleri kararlı olan, sentez koşullarından doğan hava su ve solvent kirliliklerinden etkilenmeyen, yüksek verimli, hızlı, yüksek seçicilikli, birçok fonksiyonel grupla uyumlu ve ihmal edilebilir seviyede yan ürün oluşturan yada yan ürün vermeyen kimyasal tepkimelerden oluşmaktadır. Fotokimyasal tepkimeler termal tepkimelere göre, daha düşük enerji ihtiyacı, hızlı gerçekleştirilmeleri ve hem konum hemde zaman olarak kontrol edilebilmelerinden dolayı önemli avantajlara sahiptirler. Tepkimeye girecek formülasyondaki monomer ve diğer kimyasalları düzenleyerek tepkime sonrasındaki sertlik, renk, çözünürlük, geçirgenlik, yapışkanlık, elektriksel iletkenlik gibi malzemenin performansına etki eden özellikler kolaylıkla ayarlanabilmektedir. Bu noktadan hareketle, fotopolimerizasyon tekniğinin kullanımı, istenilen özelliklere sahip nanokompozit malzemelerin hazırlanmasında son derece etkin bir yöntem olacağından tercih edilmiştir. Özetle, bu tezde foto-"click" tekniği kullanılarak POSS esaslı nanokompozitler sentezlenmiş ve bu nanokompozitlerin yapıları FT-IR spektroskopi, xvi termogravimetrik analiz ve geçirimli elektron mikroskopu gibi değişik analiz yöntemleriyle aydınlatılmıştır. Mikroskop görüntülerinden elde edilen sonuçlara göre POSS nanopartikülleri homojen olarak dağıldığı tespit edilmiştir. Termogravimetrik analiz sonuçlarına göre tüm nanokompozit malzemeler 360 oC'ye kadar ısısal kararlılık göstermiş ve 800 oC'de elde edilen kül miktarları ise %23-50 aralığında olarak hesaplanmıştır.
Foto-"click" tepkimesiyle hazırlanan gümüş nanopartikül içeren termoset polimerlerin endüstriyel uygulamaları
Termoset polimerler üç ya da daha çok fonskiyonel gruplara sahip monomerlerin polimerizasyonu sonucu elde edilen yüksek miktarda kovalent çapraz bağ içeren polimerlerdir. Bu çapraz bağların yarattığı molekül ağı erimez ve çözünmez özelliklere sahiptir. Bu malzemeler boyutsal bir kararlılığa sahiptir ve darbe dirençleri yüksektir. Termoset polimerleri oluşturmak için ısı ve/ve ya basınca ihtiyaç duyulabildiği gibi tamamen ısıl ya da basınç işlemleri gerektirmeyen yöntemler de mevcuttur. Fotopolimerizasyon, fotoaktif moleküllerin aydınlatılmasıyla oluşan reaktif türlerin vasıtasıyla gerçekleşen çevreye duyarlı bir polimerizasyon tekniğidir. Termal polimerizasyona göre fotopolimerizasyon tekniğinin, oda sıcaklığında yüksek hızda tepkime gerçekleştirilebilme, daha az enerji tüketilmesi ve çözücüsüz formülasyonların hazırlanabilmesi gibi birçok üstün özellikleri vardır. Tepkimeye girecek formülasyondaki monomer ve diğer kimyasalları düzenleyerek tepkime sonrasındaki sertlik, renk, çözünürlük, geçirgenlik, yapışkanlık, elektriksel iletkenlik gibi malzemenin performansına etki eden özellikler kolaylıkla ayarlanabilmektedir. Gümüş antibakteriyal özelliği sayesinde bakteri ve mantar oluşumunu önleyen ve varsa öldüren bir metaldir. Hijyen gerektiren uygulama alanlarında antibakteriyel özellik sağlamasından dolayı nano-seviyede gümüş veya gümüş tuzu içeren nanokompozit malzemelerin kullanımı son yıllarda gittikçe artmaktadır. Bu noktadan hareketle, fotokimyasal yöntemlerle başlatılmış "Click" tepkimesi kullanımıyla gümüş nanopartikülleri içeren termoset malzemeler hazırlanmıştır.Bu yöntemde birbirleriyle yarışan iki farklı fotokimyasal indirgenme tepkimesi rol oynamaktadır. UV ışığıyla uyarılan fotobaşlatıcının parçalanmasıyla oluşan radikaller bakır(II)'yi bakır(I)'e indirgerken hem de Ag(I)NO3'ı metalik gümüşe (Ag(0)) indirgemektedir. Üç ya da dört fonksiyonlu azit-alkin molekülleri üretilen bakır(I) iyonlarıyla katalizlenerek başarılı bir şekilde çapraz-bağlı yapılara dönüştürülmüştür. Diğer taraftan indirgenme tepkimeleri moleküler boyutta gerçekleştiği için elde edilen gümüş partikülleri de nanometre boyutundadır. Bu tepkimeler sonucunda gümüş nanopartiküller içeren çapraz-bağ oranı oldukça yüksek termoset polimerler başarılı bir şekilde elde edilmiştir. Elde edilen malzemelerin yapıları FT-IR spektroskopiyle aydınlatılmıştır. Termal özellikleri incelendiğinde gümüş nanopartikülleri içeren polimerlerin içermeyen polimerlere göre daha kararlı oldukları gözlemlenmiştir. Antibakteriyel aktiviteleri incelendiğinde gümüş nanopartiküller içeren malzemeler gram-pozitif (Staphylococcus Aureus) ve gram-negatif (Escherichia Coli) bakterilerine karşı yüksek etkinlik göstermişlerdir.
Termoset/kil nanokompozitlerin tiyol-epoksi click kimyasıyla hazırlanması
Nanokompozit malzemelerin kullanımı, üstün optik, termal, elektronik, fotonik, manyetik, reolojik, yapısal ve mekanik niteliklerinden dolayı her geçen gün artmaktadır. Plastik sektöründe büyük paya sahip olan, otomotiv, kaplama, biyomedikal ve paketleme sanayileri en önemli kullanım alanlarıdır. Genel bir tanımla; iki veya daha fazla malzemenin, iyi özelliklerini bir araya toplamak ya da ortaya yeni bir özellik çıkarmak için, mikro veya makro seviyede heterojen karışımıyla oluşan malzemeye kompozit malzeme denir. Nanokompozitler, sürekli bir polimer matris içerisine dağılmış en az bir boyutu 100 nanometreden küçük olan parçacıkları içeren heterofazlı kompozit yapılardır. "Click" kimyası tepkimeleri yüksek verimli, hızlı, yüksek seçicilikli, çeşitli tepkime koşullarında gerçekleştirilmesi, birçok fonksiyonel gruplara uyumlu ve etkisiz ya da hiç yan ürün vermemesi yönüyle büyük ilgi çekmektedir. "Click" kimyası tepkimeleri son yıllarda polimer kil/nanokompozitlerin hazırlanmasında sıklıkla kullanılmaktadır. Tiyol ile epoksitler arasında gerçekleşen tepkimede özellikle hızlı ve yüksek verimle gerçekleşmesinden dolayı "Click" kimyası tepkimesi olarak tanımlanmaktadır. Bu noktadan hareketle, Tiyol-epoksi "Click" kimyası tepkimesi kullanımı, istenilen özelliklere sahip termoset/kil nanokompozit malzemelerin hazırlanmasında son derece etkin bir yöntem olmuştur. Elde edilen tabakalı nanokompozit malzemelerin yapısı kil ihtiva eden ve etmeyenleri termal özellikleri termogravimetrik analiz yöntemiyle incelendiğinde saf polimerlere göre nanokompozitler daha üstün özellikler göstermiştir. Son olarakta killerin termoset matrisinde dağılımı XRD spektroskopisyle incelendiğinde tamamen dağılmış (eksfoliye) ve arası açılmış (interkale) kil yapıları gözlemlenmiştir.
Çeşitli fosfor bileşiklerinin farklı polimer matrislerinde antioksidant performanslarinin incelenmesi
Polimerlerde oksidasyon ısı, ışık, oksijen, basınç gibi birden çok etkenin varlığında kolaylıkla başlayabilen ve müdahale edilmediği sürece devam ederek polimerlerin kimyasal, fiziksel ve mekanik özelliklerinin bozulmasına yol açan, kullanım ömrünü kısaltan ve okside olmuş polimer ile temas eden canlı hücrelere zarar veren reaksiyonlardır. Bu nedenle polimer endüstrisinde oksidasyon problemleriyle çok sık karşılaşılmaktadır. Günümüz teknolojisinde geliştirilen katkı maddeleri ile oksidasyon kaynaklı problemler en aza indirilmiş olsa da, alternatif kaynaklara yönelim ile birlikte ve doğal kaynaklı antioksidan bileşiklerine olan ilgi de giderek artmaktadır. Düşük Yoğunluklu Polietilen (AYPE) ve Akrilonitril Bütadien Stiren (ABS) terpolimeri, plastik endüstrisinde oldukça yüksek miktarlarda kullanılan hammaddelerdir. Bununla birlikte doğal kaynaklara olan eğilimin artışıyla doğal kaynaklı bir polimer olan Poli(laktik asit)'in (PLA) kullanımı da giderek artmıştır. Poli(laktik asit) son yıllardaki teknolojik gelişmeler ile birlikte sıklıkla kullanılan ve biyomedikal uygulamalarda biyouyumluluk nedeniyle tercih edilen bir polimerdir. AYPE, ABS ve PLA, diğer polimerler gibi oksidasyon etkisi altında kullanım ömürleri azalan malzemelerdir. Antioksidan özellik içeren kimyasallar, serbest radikallerin zararlı etkilerini, yapılarındaki fazla elektronları vererek sönümleyebilen bileşiklerdir. Bu nedenle antioksidanlar hem insanlar için sağlıklı bir besin kaynağı, hem de polimerler için bir katkı maddesi olarak kullanılmaktadır. Bilimsel çalışmalarda alternatif antioksidanlara ve genel eğilime bağlı olarak da biyolojik esaslı antioksidanlara, düşük maliyet ve biyo-uyumluluk özellikleri nedeniyle ilgi artmaktadır. Bu çalışmada laboratuvarda sentezlenen fosfor bileşikleri ile biyo-kaynaklı bileşikler antioksidan katkısı olarak seçildi ve ticari antioksidan bileşikleriyle karşılaştırmalı performans değerlendirmeleri yapıldı. Örneklerin hazırlanması için 16 mm vida çapı ve L/D oranı 35 olan eş yönlü çift vidalı ekstruder, uygun vida hızı ile uygun kovan ve kalıp sıcaklığı ile kullanılmıştır. Hazırlanan örneklerin antioksidan performansları, Diferansiyel Taramalı Kalorimetre (DSC) kullanılarak Oksijen Indükleme Süresi (OIT) analizi ile belirlendi. Ayrıca bileşiklerin mekanik özellikler üzerindeki etkilerini incelemek için uzama ve çekme dayanım testleri de örnekler üzerine uygulandı.
Sülfonlanmış polisülfon ve poli(laktik asit)/polisülfon karışımlarının membran özelliklerinin karşılaştırılması
Nüfusun artması ve çevrenin kirlenmesi ile birlikte sanayileşme ve bilinçsiz tüketim su kaynaklarının kirlenmesine sebep olmuştur. Son zamanlarda, kaynakların sınırlı oluşu ile birlikte endüstriyel atık suların arıtımı ve tekrar kullanımı gündeme gelmiştir. Kimya, petrokimya, çevre, eczacılık, ilaç, gıda, günlük gıdalar, meyve konsantresi, kağıt, tekstil, elektronik endüstrisi ve benzeri endüstriler membranlar ile arıtımın kullanıldığı başlıca alanlar içerisinde yer almaktadır. Polisülfon(PSf), özellikle membran üretiminde kullanılan ve yeniden üretilebilirlik, membranlarda gözenek büyüklüğünün kontrol edilebilirliği, yüksek termal kararlılık, kimyasal kararlılık ve mükemmel mekanik performans gibi özelliklere sahip bir polimerik malzemedir. PSf esaslı membranlar, hemodiyaliz, atık su arıtımı ve geridönüşümü, yiyecek ve içecek işlemlerinde, gaz ayırmada kullanılanılmaktadır. Bunun yanında polisülfonun yüksek hammadde fiyatı, yüksek işleme sıcaklıkları gibi sebeplerinden dolayı maliyetli üretim dezavantajı vardır. PSf'nin bu dezavantajlarını azaltabilmek için biyopolimerlerle blendleri geliştirilmektedir. Poli(laktik asit)'in (PLA) maliyetinin düşük olması, hidrofobik özelliğinin PSf'ye nazaran düşük, film oluşturabilme özelliklerinin iyi olması ve biyobozunurluğu sebebiyle tercih edilen bir polimerdir. Bu çalışmada üretilecek membran malzemesinin hidrofilitesini artırmak için iki farklı yol denemiştir. İlkinde, PSf'nun poli(laktik asit) ile farklı oranlarda blendleri yapılarak daha ucuz ve daha hidrofilik membran malzemesi elde etmek amaçlanmaktadır. Blend filmleri çözeltiden dökme yöntemiyle çekilmiştir. Ters faz dönüşüm metoduyla ise membranları elde edilmiştir. Bu membran filmlerin mekanik özellikleri ve membran özellikleri incelenmiştir. İkinci yol olarak da polisülfonun hidrofilikliğini geliştirmek amacıyla H2SO4, ClSO3H ve trimetilsililklorosülfonat (TMSCS) reaktifleriyle sülfonasyon modifikasyonunun yapılmasıdır. Sülfonlanmış polisülfonların (SPSf) termal ve mekanik özellikleri incelenmiştir. İncelemeler sonucu ideal reaktifin TMSCS olduğu sonucuna varılmıştır. PSf'nin TMSCS ile sülfonasyon reaksiyonunda sülfonasyon yüzdeleri artırılarak hidrofilikliği geliştirilmeye çalışılmıştır. Farklı oranlarda sülfonasyon yüzdesine sahip SPSf'lerin termal ve mekanik özellikleri incelendikten sonra en ideal sülfonasyon oranına sahip SPSf ile çözeltiden dökme yöntemi aracılığıyla filmler çekilip ters faz dönüşüm yöntemiyle membranları elde edilmiştir. Sülfonlanmış polisülfondan elde edilen membranların membran ve mekanik özellikleri incelenmiştir.
Karbon nanotüplerin iyonik karakterli yüksek dallanmış kopolimerlerle su içerisinde disperse edilmesi ve özelliklerinin incelenmesi
Son yıllarda yüksek dallanmış polimerler farklı fiziksel ve kimyasal özellikleri sebebiyle ilgi çekmeye başlamıştır. Yüksek dallanmış polimerler, çok farklı fonksiyonel gruplar içerebilen mimarileri nedeniyle pek çok üstün özelliklere sahip yapılardır. Yüksek çözünürlük ve düşük viskozite gibi özellikleri sebebiyle hem akademik çalışmalarda hem de endüstriyel alanlarda kullanılmaya başlanmıştır. Bu çalışmada sentezlenen tersiyer amin fonksiyonuna sahip yüksek dallanmış kopolimerlere bağlanan piren fonksiyonalitesi sayesinde kopolimerlerin karbon nanotüplere tutunması sağlanmıştır. Daha sonra iyonik karakter kazandırılmış yüksek dallanmış kopolimerler ile karbon nanotüplerin su içerisinde disperse edilmesi ve karakterizasyonu sağlanmıştır. Bu amaçla ilk adım olarak metil metakrilat monomeri (MMA) ile amin bazlı bir monomer olan 2- (Dietilamino) etil metakrilat (DEAEMA) monomerinin, II. Tip bir fotobaşlatıcı olan benzofenon (BP) varlığında UV ile polimerizasyonu gerçekleştirilmiş ve yüksek dallanmış polimerler elde edilmiştir. Burada kullanılan 2-(Dietilamino) etil metakrilat monomerlerinin yan zincirlerinde bulunan tersiyer amin gruplarının kuvvetli birer hidrojen verici olmaları nedeniyle polimerizasyon esnasında polimer omurgası üzerinde dallanma noktaları oluşturulabilmekte ve bu sayede yüksek dallanmış polimerik yapılar elde edilebilmektedir. İkinci adım olarak fotopolimerizasyon yöntemiyle sentezlenen yüksek dallanmış kopolimerler 1-(Bromoasetil) piren molekülleriyle modifiye edilerek kopolimerlere piren fonksiyonelitesi kazandırılmıştır. Son olarak ise fonksiyonel yüksek dallanmış polimerlerin karbon nanotüp partiküllerine fiziksel etkileşimler sonucu tutunmaları sağlanmıştır. Yapılan çalışmalar sonucu elde edilen polimer modifiye karbon nanotüplerin organik çözücüler içerisinde çok daha iyi dağılabildiği gözlenmiştir. Hidrofobik karaktere sahip kopolimerler ve karbon nanotüpler, yapıya HCl eklenmesi sonucu asit ile amin fonksiyonaliteleri kuaternize edilerek kopolimerlere bağlı karbon nanotüplerin hidrofilik karakter kazanmaları sağlanmıştır. Böylece su içerisinde disperse olabilen karbon nanotüpler elde edilmiştir. Yapılan çalışmalarda, çeşitli konsantransyonlarda hazırlanan çözeltiler kullanılarak yüksek dallanmış polimerler sentezlenmiştir. DEAEMA monomeri molce % 5, %20, %50 ve %100' lük oranlarda dört faklı çözelti şeklinde hazırlanmıştır. Bu çözeltilerin polimerizasyonu gerçekleştirilerek % dönüşümleri hesaplanmıştır. Elde edilen yüksek dallanmış polimerler ve bunların modifiye hallerinin jel geçirgenlik kromatografisi (GPC), nükleer manyetik rezonans (1H NMR), UV-Visible spektrofotometre, termogravimetrik analiz (TGA) yöntemleri ile karakterizasyonları yapılıp sonuçları incelenmiştir.
Kitosan–organofilik tabakasal silikat nanokompozit hidrojellerinin sentezi ve ağır metal gideriminde kullanımı
Bu projede, spirulina yosunu, NaMMT nanodolgusu yüzeyinde hareketsiz kılınarak hem organofilik bir nanokil yapısı elde edilmiştir, hem de Spirulina yosununun yüzey alanı arttırılmıştır. Elde edilen Spirulina-MMT nanodolgusu, kitosan biyopolimeri ile etkileştirilerek, kitosan nanokompozit hidrojelleri hazırlanmıştır. Herhangi bir organik çapraz bağlayıcı kullanılmadan, kitosan polimeri fiziksel çapraz bağlanma ile hidrojel forma dönüştürülmüştür. Kitosan polimerinin kendi içindeki yoğun fiziksel çapraz bağlanmasına, Spirulina yosunu fonksiyonlu grupları ile katkıda bulunmuştur. Projede polisakkarit ve protein yapısı içeren Spirulina mikroyosunun montmorillonit (MMT) kiline immobilizasyonu ile organofilik MMT (Sp-MMT) eldesi ve hazırlanan kitosan (CH) nanokompozit hidrojellerinin metal adsorpsiyonu ile şişme özelliklerinin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Polimer nanokompozit hidrojellerin ısıl ve morfolojik özelliklerine nanodolgunun yükleme derecesinin etkisi, ısıl gravimetrik analiz (TGA), taramalı elektron mikroskobu (SEM) yöntemleri ile araştırılmıştır. Hidrojellerin krom metal iyonunu adsorplama kapasitesi, UV-VIS spektrofotometresi ile saptanmıştır. Saf kitosan hidrojeli ve NaMMT dolgulu nanokompozit hidrojellere göre, Sp-MMT dolgulu hidrojellerin daha yüksek şişme ve metal adsorplama kapasitesine sahip oldukları bulunmuştur. Ağırlıkça % 1 oranında Sp-MMT dolgusu içeren CH nanokompozit hidrojeli (CH- 1SpM) ile suda maksimum şişme, gelişmiş ısıl özellikler ve maksimum adsorpsiyon kapasitesi elde edilmiştir. Literatür verilerinde, Spirulina ve MMT dolgusunun tek başlarına adsorban olarak kullanıldıklarında sırasıyla ağırlıklarının sadece % 4.8 ve % 0.36‟sı kadar Cr(VI) iyonu adsorpladıkları rapor edilmiştir. Bu çalışmada ise üretilen maksimum adsorpsiyon kapasitesine sahip CH-1SpM nanokompozit hidrojelinin, içerdiği Spirulina ağırlığının yaklaşık % 3800‟ü kadar Cr(VI) iyonunu adsorpladığı bulunmuştur. Ayrıca, CH-1SpM hidrojelinin, saf hidrojele göre, yaklaşık % 175 daha fazla kromat anyonunu uzaklaştırdığı bulunmuştur. Su absorpsiyonu ve metal adsorpsiyonu özelliklerinin iyileştirlmesi, chitosan matrisle etkileşen Spirulinan‟nın açık bir ağımsı formda olması ve su ve kromat anyonları ile olan maksimum etkileşimine dayandırılmıştır.
Yenilenebilir kaynaklar kullanılarak nanoselülozik elyaf/epoksi nanokompozitlerin hazırlanması ve karakterizasyonu
Günümüzde fosil kaynaklardan üretilen malzemelerin yerine kullanılmak üzere fonksiyonel biyomalzemelerin üretiminde selüloz nanoselüloz elyaf (NFC) ve nanoselüloz kristaller (NCC) oldukça dikkat çekmektedir. Nitekim bu malzemeler, yüksek mekanik performansa sahip saydam nanokompozitlerin üretilmesinde nano takviyelendirici malzeme olarak potansiyel bir kullanım alanı oluşturabilirler. Bu amaca ulaşmak için nano boyutta fizikokimyasal özelliklerin bilinmesi ve kontrolü, biyonanokompozitlerin hazırlanması için kilit role sahiptir. Bu tez dahilinde çeşitli tarım atıklarından selülozik nano elyaf elde edilmiştir. Selülozik nano elyaf, geliştirilmiş mekanik ve antimikrobiyal özelliklere sahip şeffaf bir nanokompozit filmi hazırlamak için takviye edici nano-dolgu olarak kullanılmıştır. Bu yaklaşım, ucuz ve yaygın olarak temin edilebilir başlangıç malzemeleri kullanılarak sürdürülebilir doğal ve uygun maliyetli bir nano dolgu geliştirmeye katkıda bulunacaktır. Ayrıca yapısı gereği selüloz esaslı nano dolguların biyobozunur oldukları ve insan sağlığı ve çevre üzerinde zararlı etkiler göstermediği bilinmektedir. Bunun dışında, nanokompozit filmlerin biyobozunur karakterinin geliştirilmesi için doymamışlık oranı yüksek çeşitli bitkisel yağlar epokside edilerek biyoesaslı epoksi oligomerler hazırlanmış ve matris olarak kullanılmıştır. Bu çalışmanın temel aşamaları nano elyaf üretimi, epoksi esaslı oligomer ile çapraz bağlayıcıların sentezi, biyonanokompozit filmlerin hazırlanması ve performanslarının incelenmesidir.
Karbon elyaf takviyeli epoksi matrisli kompozitlerin özelliklerine poss nanodolgusunun etkileri
Yüksek performanslı kompozitler; denizcilik, otomotiv, uzay-havacılık ve savunma sanayilerinde sıklıkla kullanılan bir malzeme grubudur. Gelişen teknolojiyle birlikte bu malzemelerin özelliklerinin iyileştirilmesi beklenmektedir. Son yıllarda yeni malzemelerin geliştirilmesinde nanokompozitler önemli katkılar sağlamaktadır. Nanokompozitler polimer sistemleri içerisine en az bir boyutu 100 nanometreden küçük olan parçacıkların dağılması ile oluşan heterofazlı kompozit yapılardır. Kullanılan nano boyutlu parçacıkların yüzey alanının çok büyük olmasından dolayı ilave edildiği polimerlerin mekanik ve ısıl dayanımlarını saf hallerine göre arttırma potansiyeli vardır. Polimer nanokompozit üretimi amacıyla kullanılan malzemelerden biri de üç boyutuda nanometrik ölçüde olan polihedral oligomerik silseskuokzan (POSS) dır. Polimer matris içerisine POSS molekülleri dağıtılarak nanokompozitler elde edilmektedir. Bu polimerik nanokompozitler; sürekli elyaflar ile takviyelendirilerek, özellikleri önemli ölçüde iyileştirilmiş yüksek performanslı elyaf takviyeli kompozitler oluşturulabilmektedir. Tez çalışmamızda; matris sistemi olarak POSS katkılı epoksi nanokompozit, takviye sistemi olarak iki eksenli (0o-90o) kıvrımsız karbon elyaf kumaş kullanılmıştır. Epoksi matris ile uyumlu olması amacıyla epoksi fonksiyonalitesine sahip POSS nanodolgusu tercih edilmiştir. POSS nanoparçacıklarının, karbon elyaf takviyeli epoksi matrisli kompozitlerin mekanik özelliklerine etkisi araştırılmıştır. Burada amaç matris sistemi olan epoksi reçinenin dayanımını arttırmak ve elyaf-matris arası arayüzey iyileştirmesi sağlayarak kompozit yapının mekanik özelliklerini iyileştirmektir. Öncelikle %1, 2, 4 ve 8 oranlarında POSS/epoksi nanokompozitleri hazırlanıp, bunların mekanik ve ısıl analizleri sonucu optimum POSS yükleme oranı belirlenmiş. Ardından karbon elyaf takviyeli kompozit plakalar vakum torbalama yöntemi ile üretilmiştir. Kompozit malzemelerin mekanik karakterizasyonu; düzlem içi kayma, tabakalar arası kayma dayanımı ve üç nokta eğme testleri ile yapılmıştır. Sonuçlar; POSS nanodolgusuz numunelerin sonuçları ile karşılaştırılmış ve POSS varlığının kompozit özelliklerine etkisi araştırılmıştır. Ayrıca kırılma yüzeyleri taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile incelenmiştir. Epoksi matris için %2 oranında POSS içeriğinin optimum yükleme oranı olduğu belirlenmiştir. Buna göre üretilen %2 POSS/epoksi matrisli karbon elyaf takviyeli tabakalı kompozit yapının mekanik karakterizasyonları gerçekleştirilmiştir. Yapılan tüm mekanik testlerde POSS nanodolgusu içeriğine sahip kompozitlerin dayanım ve modül değerlerinde %3,78 ile %20,4 arası değişen oranlarda iyileşmeler tespit edilmiştir. Böylece karbon/epoksi tabakalı kompozit malzemenin mekanik özelliklerini iyileştirmek amacıyla kullanılan POSS nanodolgusunun elyaf-matris arayüzey dayanımını arttırdığı görülmüştür. Bu durum nanoyapıların varlığından dolayı arayüzeyde güçlü bağların oluşmasına dayandırılmış ve SEM mikrograflarıyla doğrulanmıştır.
Fotokimyasal reaksiyonlarla lineer kopolimerlere dönüştürülebilen yüksek dallanmalı kopolimerlerin tek kademede sentezi ve karakterizasyonu
Antrasen bileşiği UV görünür bölge ışığı (>350 nm) altında fotokimyasal bir değişime uğrayarak kenetlenme reaksiyonu verir ve kendisi gibi bir antrasen molekülüyle dimerleşir. Elde edilen bu dimer molekül, UVC ışık altında (<254 nm) tekrar antrasen oluşturmak üzere birbirlerinden kolaylıkla ayrılır. Bu projede sentezlenen monomerik yapıdaki antrasen bileşiği ile metil metakrilat monomeri ve Irgacure 184 fotobaşlatıcısı varlığında UV görünür bölge ışığı varlığında antrasen molekülünün dimerleşmesinden faydalanarak tek kademede yüksek dallanmalara sahip kopolimerler sentezlenmiştir. Çeşitli kopolimer oranlarında elde edilen yüksek dallanmış kopolimerler, UV ışık altında (<254 nm) lineer kopolimerlere dönüştürülmüştür. Yüksek dallanmış kopolimerlerin ve lineer kopolimerlere dönüştürülmüş makromoleküllerin, molekül ağırlığı, ısıl ve fotofiziksel özellikleri incelenerek karakterize edilmiştir.
Molekül ağırlığı kontrol edilebilir poliester poliol üretimi
Poliüretan sektöründe rijit, esnek ve diğer sistemler için tüm formülasyonlarda baz poliol dediğimiz komponentler mutlaka yer almaktadır. Bu baz polioller ikiye ayrılmaktadır. Bunlar polieter polioller ve poliester poliollerdir. Başlangıçta poliester polioller polieter poliollere alternatif olarak geliştirilmiştir. Ancak polieter polioller başlangıçta hem dünyada daha erken keşfedilmesi, hem daha kolay prosesleri olması ve geçmişte fiyat avantajları olması dolayısıyla çoğunlukla formülasyonlarda tercih sebebi olmuştur. Fakat poliester polioller de polieter poliollere karşılık daha farklı avantajlara sahiptir. Bu çalışmanın amacı, dikarboksilik asit ve farklı glikollerin poliesterifikasyonu ile farklı yapı ve molekül ağırlığında poliester poliol sentezlemektir. Proses şartları, uygun sıcaklık profili ve vakum destilasyonu ile optimizasyonu sağlamaktır. Bu tez çalışmasında kullanılan farklı çeşitteki glikoller şunlardır; etilen glikol, di-etilen glikol , gliserin, trimetil propan, sorbitol. Kullanılan diasitler ise; adipik asit, ftalik anhidrit, teraftalik asit. Farklı dikarboksilik asit ve çeşitli glikoller ile farklı yapı ve molekül ağırlığında poliester poliol sentezlenmiştir. Molekül ağırlığı kontrol edilebilir poliester poliesterifikasyonu , reaksiyon sırasındaki bazı kritik faktörlere bağlıdır. Bunlar, reaksiyon sıcaklığı , reaksiyon süresi, karıştırma hızı, hammaddeler , inert gazın kalite ve akış hızı ve oluşan su miktarının en verimli şekilde reaksiyondan uzaklaştırılması. Poliesterifikasyon prosesinin doğrulanması, FTIR-ATR (Infrared Fourier Transform-Attenuated Total Reflectance) analizi, asit sayısı ve hidroksil sayısı tayinleri ile yapılmıştır. Poliester poliol sentezinde molekül ağırlığının kontrol edilmesi ve istenilen değere ulaşılması poliüretan sektöründe önem teşkil etmektedir. Son ürün olan poliüretanın spesifik özelliklerini hammadde olarak kullanılan polioller belirlemektedir.
Pickering emülsiyonlar ile hiyerarşik makrogözenekli polimer kompozitlerinin hazırlanması ve fotokatalitik uygulamaları
Son yıllarda gözenekli polimer kompozitleri geniş yüzey alanları, yüksek kimyasal dayanımları, geçirgenlik özellikleri ve düşük yoğunlukları sebebiyle oldukça büyük ilgi çekmektedir. Bu malzemelerin pek çok alanda kataliz, filtrasyon, adsorpsiyon, ve sensörler, v.b. gibi sayısız uygulamaları mevcuttur. Bu nedenle de farklı proseslerle bu malzemelerin hazırlanması sıklıkla araştırmaların odağında yer almaktadır. Bu kapsamda, bu tez çalışmasının konusu heterojen fotokataliz uygulamaları için yeni türde makrogözenekli polimer kompozitlerinin hazırlanmasına yoğunlaşmıştır. Bu amaçla, Pickering yüksek iç fazlı emülsiyonlar (Pickering High Internal Phase Emulsion, Pickering-HIPE) hiyerarşik gözenekli polimer ağları oluşturmak üzere kalıp olarak kullanılmıştır. HIPE'ler yüksek oranda iç faz (veya dispers faz) içeren konsantre emülsiyonlardır. HIPE'lerin sürekli fazının veya her iki fazının birden monomer(ler) içermesi durumunda poliHIPE olarak adlandırılan hiyerarşik makrogözenekli polimerler elde edilebilir. HIPE'ler genellikle koalesansa karşı yüksek oranlarda emülgatörler kullanılarak kararlı hale getirilir. Ancak nanopartiküller kullanılarak da HIPE'lerin kararlılığının sağlanması mümkündür. Bu durumda oluşan emülsiyon ve polimer sırasıyla Pickering-HIPE ve poli-Pickering-HIPE olarak adlandırılır. Bu tez çalışmasında yüzey modifiye TiO2 nanotanecikleri kullanılarak makrogözenekli polimer kompozitleri geliştirilmiştir. Bu amaçla, halka açılması metatez polimerizasyonu (Ring Opening Metathesis Polymerisation, ROMP) ile disiklopentadien (DCPD) esaslı Pickering-HIPE'lerden poli-Pickering-HIPE kompozitleri hazırlanmıştır. Ardından elde edilen polimer kompozitlerinin morfolojik, mekanik ve ısıl özellikleri nanopartikül miktarı değiştirilerek araştırılmıştır. Buna ek olarak, polimer zincirlerinin oksidatif bozunmasını önlemek amacıyla HIPE formülasyonlarına geleneksel bir antioksidant katılmış ve elde edilen poli-Pickering-HIPE'lerin oksidatif kararlılığı mekanik özelliklerinin değişimi gözlemlenerek araştırılmıştır. Elde edilen poli-Pickering-HIPE kompozitlerinin fotokatalitik aktivitesi 4-nitrofenolün (4-NP'nin) heterojen fotokatalitik bozunma reaksiyonunun incelenmesi ile belirlenmiş ve büyük-ölçekli fotoreaktörlerde kullanılabilecek kinetik bir ifade türetilmiştir. Anahtar Kelimeler: emülsiyon kalıplama, yüksek iç fazlı emülsiyon (HIPE), Pickering-emülsiyon, poli-Pickering-HIPE, heterojen fotokatalitik bozunma
Hiyerarşik makrogözenekli biyobozunur polihıpe kompozitlerinin üretimi ve karakterizasyonu
Doku mühendisliğinin amacı travma ve kazalar sonucunda kaybedilen dokuların tedavisinde alternatif olarak kullanılabilecek canlı sentetik doku iskeleleri üretmektir. İdeal bir doku iskelesinde olması gereken en önemli özelliklerin ise biyouyumluluk ve kütle transferi ile doku büyümesinin gerçekleşmesi için gerekli olan birbirine bağlı gözenek yapısı olduğu bilinmektedir. Bu bakımdan yüksek iç fazlı emülsiyon (High Internal Phase Emulsion, HIPE) kalıplama, elde edilen malzemelerin hiyerarşik gözenek morfolojisi, yüksek kimyasal dayanımı, geçirgenlik özellikleri ve düşük yoğunluğu nedeniyle doku mühendisliği alanında oldukça büyük ilgi çekmektedir. HIPE'ler yüksek oranda iç faz (dispers faz) içeren konsantre emülsiyon sistemleri olarak tanımlanır. Bir HIPE'de iç faz hacim fraksiyonu (Ø) genellikle 0.74'den fazladır ve 0.99'lara kadar çıkabilir. HIPE'lerin sürekli fazının polimerizasyonu ise "poliHIPE" olarak adlandırılan hiyerarşik gözenek yapılı polimerleri oluşturur. Bu tez çalışmasında emülsiyon kalıplama ile yüksek mekanik ve ısıl dayanıma sahip makrogözenekli poliHIPE'ler hazırlanmıştır. Bu kapsamda, biyobozunur polimer matrisleri oluşturmak için HIPE'lerin hazırlanmasında sürekli faz olarak gliserol 1,3-digliserolat diakrilat (GDA) monomeri kullanılmıştır. HIP emülsiyonlarının polimerleştirilmesi ile elde edilen poliHIPE'lerin morfolojik özellikleri ise kullanılan emülgatör miktarına, iç faz hacim oranına ve sürekli faz bileşimine bağlı olarak araştırılmıştır. Buna ek olarak, hücrelerin polimer matrise taşınmasını ve göç etmesini kolaylaştırmak amacıyla HIPE formülasyonlarına hidroksiapatit eklenmiş ve bu emülsiyonların polimerleştirilmesi ile poliHIPE/HA kompozitleri hazırlanmıştır. Daha sonra HA miktarının elde edilen poliHIPE/HA kompozitlerinin morfolojik, mekanik ve ısıl özellikleri üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Son kısımda ise elde edilen poliHIPE/HA kompozitlerinin in vitro değerlendirmeleri stimule vücut sıvısı (situmulated body fluid, SBF) ortamında yapılmış ve biyobozunma davranışları zamana bağlı olarak incelenmiştir. Anahtar Kelimeler: emülsiyon kalıplama, poliHIPE kompoziti, hidroksiapatit, biyobozunma
Bazalt ve cam elyaf takviyeli biyo-bazlı poliamid kompozit malzemelerin hazırlanması ve özelliklerinin incelenmesi
Bu tez çalışmasında, farklı oranlarda kırpılmış bazalt ve cam elyaf takviyeli bio-içerikli poliamid malzemeler eriyik harmanlama yöntemi ile karıştırılmış, arayüzey özellikleri gözlemlenmiş ve bu malzemelerin mekanik ve termal özellikleri incelenmiştir. Çalışma da farklı oranlarda bio-içeriğe sahip poliamid 6.10, 10.10 ve 10T malzemeleri polimerik matris olarak, kırpılmış bazalt elyaf ve cam elyaf ise takviye malzemesi olarak kullanılmıştır. Farklı oranlarda takvive malzemeleri içeren kompozit numuneler çift vidalı ekstruder yardımıyla hazırlanmış ve bu malzemelerin mekanik, termal özellikleri çekme, çentikli izod darbe dayanım, eğilme, diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC), termogravimetrik analiz (TGA), yük altında eğilme (HDT) testleri ile incelenmiştir.
Abdominal fıtık tedavisi için çift fonksiyonlu polimerik yama üretimi ve karakterizasyonu
Karın duvarı hasarının çok büyük olduğu göbek ve kesi yeri fıtıklarının tedavisinde sıklıkla "fıtık yaması" tercih edilmektedir. Farklı özellikler göstermeleri nedeniyle kompozit yamaların kullanımı giderek artmaktadır. Bu tür çift katmanlı yamaların iki katmanı da degrede olmayan malzemeden olabileceği gibi; bir katmanı vücut tarafından emilebilen, diğer katmanı ise emilemeyen malzemeden yapılabilmektedir. Degrede olabilen kısmın karın duvarının iyileşmesine yardımcı olması, çift katmanlı yamalarda vücut tarafından emilebilen polimerik malzemelerin tercihinde en önemli faktördür. Yamanın karın duvarını desteklemesi için oluşturulan katmanının ise iç organlara yapışmaması gerekmektedir. Tez çalışmasının amacı, karın fıtığı tedavisi için yeni bir çift taraflı kompozit yama tasarlamaktır. Bu kapsamda geliştirilen yama iki katmandan oluşmaktadır; birincisi karın ön duvarının iyileşmesine yardımcı olacak nanofibröz yapıdaki poli(gliserol sebakat)/poli(kaprolakton) katman, ikincisi ise iç organlara yapışmayan ve karın duvarının mekanik özelliklerini arttıracak olan katmandır. Pürüzsüz olması tercih edilen bu katman medikal saflıkta termoplastik poli(karbonat-üretan) polimerinden çözücü dökme yöntemi ile film formunda şekillendirildi. Degrede olabilen katman için PGS ön-polimeri kondenizasyon polimerizasyonu ile sentezlendi ve NMR, FTIR, DSC ve GPC gibi farklı test metotları ile karakterize edildi. Daha sonra PGS/PCL karışımı, PU membran üzerinde nanofibröz katmanı oluşturması için elektro-eğirme prosesi ile şekillendirildi. Bu iki katman arasındaki yapışmayı arttırmak için özel bir çözelti hazırlandı ve elektro-eğirme prosesi öncesi PU membran üzerine uygulandı. Böylelikle ilk oluşan PGS/PCL nano fiberlerinin PU membran yüzeyinde daha güçlü tutunması sağlandı. Elde edilen nihai ürünün mekanik test sonuçları, var olan ticari ürünler ile rekabet edebilir nitelikte olduğunu gösterdi. Yapılan in vitro test sonuçlarına göre, PBS içerisindeki nanofibröz katmanın 60 gün sonunda ağırlığının % 28'ini kaybettiği görüldü. Elde edilen SEM görüntüleri, nanofibröz katmandaki özellikle PGS polimerinin bozunmasını doğrulamaktadır. Geliştirilen bu çift katmanlı kompozit yamanın in vitro hücre kültürü ve in vivo hayvan çalışmaları sonrasında, klinik uygulamalarda kullanılması hedeflenmektedir. Bu çalışma Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu tarafından, 214M134 proje numarası ile desteklenmiştir.
Fonksiyonlanmış ve silanlanmış karbon elyaf takviyeli poliamid kompozitlerin ısıl ve mekanik özelliklerinin incelenmesi
Kompozitler, farklı maddelerin istenilen özelliklere yönelik, belli bir düzende bir araya getirilmesi ile hazırlanan malzemelerdir. Kompozit malzemelerin hazırlanmasındaki temel amaç, değişik maddelerin iyi özelliklerini bir malzemede toplamaktır. Polimer kompozitlerde, polimerin organik, takviyenin ise inorganik olmasından dolayı çıkan uyum problemi, takviyenin çeşitli işlemlerden geçirilmesi ile aşılabilmektedir. Poliamit 6 (PA 6) - karbon elyaf kompozitlerinde, yüksek mekanik dayanıma sahip karbon elyafın bu özelliğinin hazırlanan kompozite aktarılması için karbon elyaf (KE) yüzeyinin PA 6 ile uyum sağlaması gerekmektedir. Bu nedenle KE yüzeyine fonksiyonlama ve silanlama işlemleri uygulanarak PA 6 ile KE yüzeyinde oluşan fonksiyonların kimyasal bağ yapması sağlanır. Böylelikle PA 6 ile KE arasında güçlü bir uyum sağlanarak KE özelliklerinin kompozite geçmesi sağlanabilir. Yüzeyi silanlanmış ve PA uyumlu fonksiyonlanmış KE ile farklı oranlarda hazırlanan kompozitlerin ısıl ve mekanik özellikleri incelenmiş elde edilen sonuçlar cam elyaf (CE) ile hazırlanan kompozit ile karşılaştırılmıştır.
Kitosan esaslı yeni doğal hidrojellerin sentezi ve ilaç salınım sistemi uygulamalarında kullanımı
Hidrojeller yüksek miktarlarda su veya biyolojik sıvıları absorplayabilen, fiziksel veya kimyasal bağlarla çapraz bağlanmış yapılardır. Hidrofilik polimer zincirlerinden oluşan üç boyutlu ağ yapısına sahiptirler. Ağ yapısı, homopolimer ya da kopolimerlerden oluşabilmektedir. Hidrojeller yapılarında bulunan çapraz bağlar sebebiyle suda çözünmez, ancak hidrofilik polimerlerin etkisiyle şişme eğilimi gösterirler. Hidrojellerin önemli bir kullanım alanı olan etken madde salınımı genel olarak hidrojellerin şişme prosesi ile ilgili olup, şişme oranına ve çapraz bağ yoğunluğuna bağlıdır. Şişme oranının yüksek olduğu hidrojel taşıyıcı sistemlerinden fizyolojik ortamlarda ilaç etken madde salınımı daha çok ve daha hızlı bir şekilde gerçekleşmektedir. Hidrojellerin ilaç salınım materyali olarak kullanımıyla ilgili yapılan çok sayıda çalışma bulunmaktadır. Ancak bu çalışmalardaki sonuçları iyileştirmek ve mevcut yan etkileri ortadan kaldırmak adına her gün bu çalışmalara yenileri eklenmektedir. Hidrojellerin ilaç salınım materyali olarak kullanımı ile ilgili en çok çalışılan hidrojellerin başında hiç kuşkusuz doğal bir polimer olan kitosan hidrojelleri gelmektedir. Ancak mevcut çalışmalar incelendiğinde bunların pek çoğunun fiziksel çapraz bağlı-ki hidrojelin mukavemetini olumsuz yönde etkiler, dayanıklılığı azaltır- ya da toksik etkiye sahip gluteraldehit ile kovalent bağlı kitosan hidrojellerinin kullanıldığı göze çarpmaktadır. Sunulan bu çalışmada son yıllarda özellikle biyolojik amaçlı kullanıma uygun, kitosan zincirlerinin kovalent çapraz bağlanmasını sağlayan "genipin" çapraz bağlayıcısı kullanılarak hem kovalent bağlı hidrojeller hazırlanmış, hem de gluteraldehitin toksik etkisi bertaraf edilmiştir. Diğer taraftan hidrojel yapısı içine bir mikroalg türü olan "spirulina" immobilize edilerek hidrojellerin şişme oranları dolayısıyla ilaç salınım hızlarının değiştirilmesi amaçlanmıştır. Bu tez kapsamında ilk kez bir seri değişen spirulina oranlarına sahip genipin çapraz bağlı tamamen doğal kitosan hidrojelleri sentezlenmiştir. Hidrojellerin morfolojik yapısı ve mekanik özellikleri sırasıyla SEM analizleri ve sıkıştırma testleri ile karakterize edilmiş olup, distile su ve pH:2 ve7,4'teki gerek şişme gerekse kanser ilaçlarının bileşiminde bulunan 5-fluorourasil (5-FU) ilaç etken maddesinin salınım özellikleri araştırılmıştır.
Bitkisel yağların modifiye edilmesi ve foto-"clıck" kimyasında kullanımı
Polimer biliminin başlangıcından günümüze kadar geçen sürede yenilenebilir kaynaklardan plastik malzemelerin sentezi birçok bilim adamı tarafından araştırılmaktadır. Bitkisel yağlar gerek kolay temin edilmeleri gerekse biyobozunur özelliklerinden dolayı yaygın olarak kullanılan yenilenebilir kaynaklardır. 2000'li yılların başında Sharpless ve Meldal tarafından bulunan bakır katalizörlüğünde gerçekleşen azit ve alkin gruplarının Huisgen 1,3-dipolar siklokatılma reaksiyonu (CuAAC) "Click" kimyası reaksiyonları arasında en çok tercih edilendir. Bu reaksiyon sayesinde supromoleküler kimya, ilaç kimyası, biyokonjugasyon ve malzeme bilimi gibi birçok uygulama alanında bir araya gelmesi çok zor gözüken gruplar kolaylıkla birleştirilmektedir. Buna rağmen CuAAC "Click" tepkimesi ağır metal katalizör ihtiyacı, çözücüsüz ortamlarda çalışamaması ve dış bir etkiyle kontrol edilememesi gibi bazı dezavantajlara sahiptir. Bu olumsuzlukları ortadan kaldırmak için "Click" kimyasında önemli rol oynayan bakır (I) katalizörü tepkime ortamında eş zamanlı olarak elektrik, ışık, kimyasal indirgenme gibi farklı etkiler kullanılarak bakır(II) tuzundan üretilmesi önerilmiştir. 2010 yılının sonunda, Yağcı ve arkadaşları UV ışığıyla üretilmiş bakır (I) katalizörlüğünde gerçekleşen azit-alkin foto-"Click" (CuAAC) tepkimesini geliştirmiştir. Daha sonra Bowman ve arkadaşları bu konsepti standart fotolitografik uygulamalarda kullanarak istenilen fonksiyonel grupları kontrollü bir şekilde istenilen konum ve zamana göre monte etmenin mümkün olacağını ispatlamışlardır. Bu çalışmada, bitkisel yağların doymamış yağ asitlerindeki çifte bağlar farklı kimyasal tepkimelerle azit ve alkin gruplarına dönüştürülmüştür. Azit fonksiyonlu yağlar, epoksidize olmuş yağların sodyum azitle halka açılması tepkimesiyle elde edilmiştir. Alkin fonksiyonlu yağlar ise; epoksidize olmuş yağların propargil alkol ve montmorillonit ile halka açılması tepkimesi sonucu sentezlenmiştir. Son olarak elde edilen azit ve alkin fonksiyonlu yağlar UV ya da görünür bölge ışığı altında üretilen bakır(I) katalizörlüğünde halka katılma tepkimesine sokularak polimerik filmler elde edilmiştir. Çalışma süresince elde edilen malzemelerin yapıları spektroskopik (FT-IR ve NMR), mekanik (DMA) ve termal (TGA) özellikleri değişik analiz yöntemleri kullanılarak aydınlatılmıştır. Anahtar kelimeler: Bakır(I) katalizörlü azit-alkin siklokatılma, bitkisel yağlar, click kimyası, fotokimyasal tepkimeler, yenilenebilir kaynaklar
Tiyol-epoksi kimyasıyla poss içerikli hibrit termoset polimerlerin hazırlanması
Hibrit malzemeler iki veya daha fazla malzemenin iyi özelliklerini bir araya toplamak ya da ortaya yeni bir özellik çıkarmak için, mikro veya makro seviyede heterojen karışımıyla oluşan malzemeye denir. Üstün optik, termal, elektronik, fotonik, manyetik, reolojik, yapısal ve mekanik niteliklerinden dolayı bu malzemelerin kullanımı her geçen gün artmaktadır. Plastik sektöründe büyük paya sahip olan otomotiv, kaplama, biyomedikal ve paketleme sanayileri en önemli kullanım alanlarıdır. Tiyol ile epoksitler arasında gerçekleşen tepkime, özellikle hızlı olması ve yüksek verimle gerçekleşmesinden dolayı termoset polimerlerin eldesinde son zamanlarda birçok çalışmaya konu olmuştur. Polihedral oligomerik silseskuoksan (POSS) molekülleri hibrit (organik-inorganik) mimariye, silikon ve oksijenden (SiO1.5)x oluşan ağ yapı ile diger organik gruplardan oluşan bir yapıya sahiptirler. POSS molekülünün polimer ile karıştırılmasıyla, polimerin yüksek sıcaklıkta kullanılabilirlik, oksidasyon direnci, mekanik özellikler, yanmazlık, ısı açığa çıkışı ve viskozite gibi birçok özelliğinde istenilen doğrultuda artışlar gözlemlenmektedir. Bu çalışmada, tiyol-epoksi tepkimesi ile oktakis-glisidil-POSS (G-POSS) molekülleri içeren hibrit termoset malzemeler hazırlandı ve elde edilen malzemelerin termal ve mekanik özellikleri incelendi. Ağırlıkça %2, 5,10 ve 15 G-POSS içeren hibrit termoset polimerlerin sentezi oda sıcaklığında havaya açık bir ortamda lityum hidroksit katalizörlüğünde, su ve tetrahidrofuran çözücü karışımında gerçekleştirildi. Elde edilen hibrit polimerlerin yapıları FT-IR ve 1H-NMR spektroskopileriyle aydınlatıldı. Termal özelliklerin termogravimetrik analiz yöntemiyle incelendiğinde G-POSS içermeyen saf polimerlere göre daha üstün özellikler sergilemiştir. G-POSS moleküllerinin polimer içinde varlığı ve homojen olarak dağıldığı enerji dağılımı X-ışını (EDS) detektöre sahip geçirimli elektron mikroskobu ile doğrulandı. Ayrıca hibrit termoset polimerlerin yapılarını C, O, S ve Si elementleri oluşturduğu kanıtlandı. Son olarak, hibrit polimerlerin mekanik özellikleri çekme kuvveti testi ile incelendi. Çekme kuvveti polimer matrisine G-POSS girmesiyle artmış, % 5 POSS varlığında maksimum değere ulaşmış ve G-POSS yüzdesinin daha fazla artmasıyla azalmıştır. % 5 POSS kullanıldığında çekme kuvveti ~ % 6, elastik modülü ise ~ % 30 oranında artmaktadır. Nanopartikül miktarının daha fazla artışıyla mekanik özellikler kötüleşmiş ve % 10 G-POSS varlığında çekme kuvveti ~ % 1.18 oranında azalmıştır. Yüksek miktarda G-POSS yüklemesinde G-POSS molekülleri topaklanarak heterojen bir dağılama sebeb olmaktadır.
Otomotiv uygulamaları için yüzey özellikleri iyileştirilen polipropilen kompozitlerin hazırlanması ve karakterizasyonu
Modern otomotiv iç ve dış parçalarında yüzey estetiği günden güne önem kazanmaktadır. Günümüzde lüks araçlar dışında orta sınıf araçlarda da aranan bir özellik haline gelmiştir. Polipropilen (PP) malzemeler ucuz olmaları, hafif ve kolay işlenebilmeleri, geri dönüştürülerek tekrar kullanılabilmelerinin yanı sıra dolgu ve katkılarla güçlendirilmiş tribolojik özellikleri bakımından da otomotivde iç ve dış aksamların üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu çalışmada, otomotivin özellikle iç aksamlarında (gösterge panelleri, iç kapı panelleri vb.) kaliteli yüzey özellikleri geliştirmek amacıyla polipropilen kompaundlar hazırlanmıştır. Kompaundlar hazırlanırken homojen karışım elde etmek için çift vidalı ekstrüderde eriyik karışım metodu kullanılmıştır. Hazır yüzey kalitesine etkilerini tespit etmek amacıyla kompaundlardan alınan numunelere fiziksel, termal, mekanik, morfolojik ve tribolojik testler uygulandı. Sonuçlar, çizilme direncine etki eden ana faktörler kristalizasyon, polimer ve dolgu arasında ki etkileşim, ana matris içinde dispersiyonun etkinliği, sertlik/darbe dayanımı dengesi, slip ajanla yüzey modifikasyonu yönünden karşılaştırıldı. Bu kapsamda geliştirilen PP kompaundlarda çizilme direncine neden olan termal, mekanik, morfolojik ve tribolojik etkilerin incelenmesi ve yüzey estetiği performans karşılaştırmaları yapıldı Kızılötesi spektroskopisi (FT-IR) kullanılarak, 650-4000 CM-1 aralığında numuneler morfolojik olarak incelendi. Yapılan incelemeler sonunda silikon katkısı içeren PDMS poli(dimetilsiloksan) karakteristik piklerine sahip olduğu görülmüştür. Tüm numunlerin fiziksel karakterizasyonunda; yoğunluk ölçümü ISO 1183 standardına göre gerçekleştirildi. Yoğunluk Shore D testi standardına göre D tipi durametre ile yapıldı. Matris malzemesi olarak kullanılan polipropilen kopolimerin polipropilen homopolimere göre daha yüksek erime akış indisi (MFI) değerleri tespit edildi. Evrensel test cihazları yardımıyla mekaniksel karakterizasyon yapılmıştır. Gerilim-gerinim sonuçlarından, elastik modulü ve % kopma uzaması ile çekme mukavemeti değerleri hesaplanmıştır. Farklı ana matris ve farklı oranlarda dolgu ve katkıların mekanik özellikleri nasıl etkilediği tespit edilmiştir. DSC cihazı yardımıyla tüm örneklerin ısıl karakterizasyonu yapılmıştır. Yüzde kristallilik değerleri dolgu olarak talk içeren kompozitlerde vollastonite içerenlere oranla daha yüksek olduğu saptandı. Ana matrisi polipropilen homopolimer olan numunelerden diğer PP tiplerine kıyasla daha yüksek ısıl deformasyon testi (HDT) elde edildi. Talk miktarı arttığında HDT değerinin de arttığı ortaya çıktı. Elastomer olarak SEBS (stiren-etilen-bütilen-stiren triblok kopolimer) kullanılan ve dolgu olarak vollastonit içeren kompozitlerin kristallik oranının daha yüksek olduğu tespit edildi. Çizik testleri için VW'in kullandığı test metodu Erichsen 430 II P çizik test cihazında 15 N yük altında gerçekleştirildi. Paralel çapraz kesik (cross hatch cutter) çizik metodu kullanılarak, çizik cihazıyla 90 derece açı ile 2 mm mesafe ile 20 yatay 20 dikey çizik prosesi uygulandı. Cihazda uç olarak 1 mm'lik ISO 1518-1 tipi kullanıldı. Test numunelerinin çizik genişliklerini test etmek üzere çizik noktaları(bölgeleri) oluşturuldu. Çizik bölgelerinin taramalı elektron mikroskobu (SEM) analizlerinde her bir numune için 10 farklı noktadan görüntü 500µm boyutunda alındı. SEM görüntülemeleri ile çizik genişliği ortalaması hesaplandı. Çizik bölgeleri oluşturulan numunelerin çizik koruması (direnci) ile çizik görünürlükleri hesaplandı. Çizik genişliği arttıkça çizik korumasının azaldığı belirlendi. Kullanılan ana matrisin homo veya kopolimer olmasına göre çizik oluşumunu önemli ölçüde etkilediği, ana matrisi polipropilen kopolimer olan karışımların polipropilen homopolimer olanlara kıyasla daha iyi çizik koruması sağladığı ortaya çıkmıştır. Özellikle bu karışımlarda vollastonit, SEBS ve silikon katkılarının birlikte kullanılmasının çizik oluşumunun önlenmesine önemli katkı sağladığı bulunmuş diğer taraftan talk dolgusu içeren karışımların çizik oluşumunu arttırdığı tespit edilmiştir. Renk değişimine bağlı ölçülen çizik görünürlüğü testleri sonucunda, kopolimer polipropilen kullanılan yapılara eklenen vollastonitin talka oranla SEBS ile birlikte kullanıldığında çizik görünürlüğünü arttırdığı belirlenmiştir. Tribolojik özelliklerden çizik karakteristiğini belirleme çalışmaları kapsamında, SEM ile bazı numunlerde çizik oluşumları incelendi. Bu incelemeler 100 µm boyutunda gerçekleştirilerek numunlerde hasar, balık sırtı ve kesilme oluşumları saptandı. Talk kullanılan karışımlarda çizik oluşumu son aşamasına kadar kesilmeye gelmekte vollastonit kullanılan yapılarda çizik oluşumu ikinci aşama olan balık sırtında kalmaktadır. Çizik direncini tespit etmek amacıyla spektrofotometre ile saptanan çizik görünürlüğü sonuçları ile SEM ile çizik genişliği ölçümü sonucu bulunan çizik koruması sonuçları aynı numunler için karşılaştırıldığında iki yöntem arasında herhangi birbiriyle ilgili bir bağlantıya rastlanmamıştır.
Diş dolgusu için polihedral oligomerik silseskuokzan (POSS) esaslı nanokompozitlerin geliştirilmesi
Fotopolimerizasyon, fotoaktif moleküllerin aydınlatılmasıyla oluşan reaktif türlerin vasıtasıyla gerçekleşen çevreye duyarlı bir polimerizasyon tekniğidir. Termal polimerizasyona göre fotopolimerizasyon tekniğinin, oda sıcaklığında yüksek hızda tepkime gerçekleştirilebilme, daha az enerji tüketilmesi ve çözücüsüz formülasyonların hazırlanabilmesi gibi bir çok üstün özellikleri vardır. Tepkimeye girecek formülasyondaki monomer ve diğer kimyasalları düzenleyerek tepkime sonrasındaki sertlik, renk, çözünürlük, geçirgenlik, yapışkanlık, elektriksel iletkenlik gibi malzemenin performansına etki eden özellikler kolaylıkla ayarlanabilmektedir. Bu noktadan hareketle, fotopolimerizasyon tekniğinin kullanımı, istenilen özelliklere sahip malzemelerin hazırlanmasında son derece etkin bir yöntem olacağından tercih edilmiştir. Nanokompozitler, sürekli bir polimer matris içerisine dağılmış en az bir boyutu 100 nanometreden küçük olan parçacıkları içeren heterofazlı kompozit yapılardır. Nanokompozit üretiminde kullanılan katkı maddeleri nanoyapılarına göre üç ana kategoriye ayrılmaktadır. Bunlar tek nanoboyutlu killer, iki nanoboyutlu karbon nanotüpler ve nanoteller, ve son olarak da üç nanoboyutlu silika, metal partiküller ve kuantum taneciklerdir. Özellikle 1.5 nm boyuta sahip küp şeklindeki polihedral oligomerik silseskuokzan (POSS) molekülleri çoğunlukla yüksek performanslı malzeme üretiminde tercih edilmektedir. Bu çalışmada dietanolamino fonksiyonlu POSS/kamforkinon fotobaşlatıcı sisteminin diş dolgusunda kullanımı irdelenmiştir. Görünür bölge ışığıyla uyarılmış kamforkinon molekülü POSS molekülü üzerindeki sekiz adet dimetilamino grubundan hidrojen kopartarak aktif radikaller üretilmesi sonucu radikal polimerizasyonu gerçekleştirilmiştir. Böylelikle POSS molekülleri hem başlatıcı hem de çapraz bağlayıcı rolü oynamıştır. Sonuç olarak dietilamino fonksiyonlu POSS molekülü, hem II.tip fotopolimerizasyonda başlatıcı, hem çapraz bağlayıcı hem de takviye edici olmasıyla nanokompozit diş dolgusu başarıyla hazırlanmıştır. Elde edilen malzemlerin yapıları FT-IR spektroskopi, termogravimetrik ve geçirimli elektron mikroskobu gibi değişik analiz yöntemleriyle aydınlatılmıştır.
Termoplastik elastomer esaslı kompozitlerin elektriksel özelliklerinin incelenmesi
Son zamanlarda esnek polimerik malzemelerin elektriksel iletkenlikleri ile ilgili birçok çalışma yapılmaktadır. Bu çalışmalardan en önemlilerinden birisi de yalıtkan karakterdeki polimerlere iletken katkı maddelerinin eklenmesiyle elektriksel olarak iletken esneme yeteneğine sahip kompozitlerin elde edilmesidir. Bu çalışmada kompozit matrisi olarak termoplastik ve kauçuğa ait özellikleri birarada taşıyan termoplastik elastomer (TPE) sınıfından olan SEBS (stiren-etilen-bütilen-stiren) kopolimeri kullanılmıştır. SEBS polimerinde etilen-bütilen blokları esneklik sağlarken; stiren blokları ikincil etkileşimler ile fiziksel çapraz bağlar oluşturmakta ve bunun sonucunda sert kısımlar olarak adlandırılan bölgeleri oluşturmaktadır. Elektriksel olarak iletken kompozit yapılar elde etmek için SEBS polimerine grafit ve indirgenmiş grafen oksit gibi karbon esaslı dolgu maddeleri ilave edilmiştir. Çalışmada kullanılan grafit satın alınmış, indirgenmiş grafen oksit ise grafitten bir takım reaksiyonlar sonunda laboratuvarda elde edilmiştir. Bu amaçla proje kapsamında literatürde yaygın olarak kullanılan "Modifiye Hummers Metodu" kullanılmıştır. Bu yöntemde büyük grafit partikülleri sırasıyla güçlü asit, yükseltgen madde, indirgen kimyasallar ile muamele edilerek süzülmüş ve ardından vakum etüvde kurutulmuştur. Elde edilen indirgenmiş grafen oksitin yapısı taramalı elektron mikroskobu ve geçirmeli elektron mikroskobuyla incelenmiştir. Kompozitler üç adımda üretilmiştir. İlk adımda polimer çözgende çözülmüştür. İkinci adımda dolgu maddeleri önce çözgen ile sonra da polimer çözeltisi ile yüksek kayma hızına sahip karıştırıcı ile karıştırılmıştır. Elde edilen karışımdan çözeltiden dökme yöntemine göre filmler elde edilmiştir. Çözgenin uzaklaştırılması sonunda elde edilen kompozit malzeme sıcak pres ile ısı ve basınçla kalıplama yöntemi göre homojen film formuna sokulmuştur. Üretilen kompozit filmlerin elektriksel ve morfolojik özellikleri incelenmiş ve birbirleriyle kıyaslanmıştır. Elde edilen sonuçlara göre, bir kompozitin elektriksel iletkenliği polimer ve dolgu maddesinin türünden etkilenmektedir.
Cam elyaf katkılı poliamid 66/poliftalamid karışımlarının hazırlanması ve otomotiv sektöründe kullanımı
Poliamidler yüksek dayanım, iyi elektriksel ve kimyasal özelliklere sahip, hafif ve birçok türleri olan termoplastik sınıfında polimerlerdir. Sentezi bir diasit ve bir diaminin polimerleştirilmesine dayanan poliamidler, çeşitli kimyasallar sayesinde birçok farklı özelliklere sahip polimerlerin eldesine izin vermektedir. Poliamid 66 termoplastik olup yarı kristal yapıya sahiptir. Poliamidler yüksek erime sıcaklığına ve sıcaklık artışıyla sertliğini koruma özelliğine sahip olabilmektedir. Birçok üstün özellikleri arasında yüksek sertlik, tokluk, yorgunluğa karşı mukavemet, sünme mukavemeti, alev geciktiricilik, elektriksel yalıtım, kimyasal mukavemet, aşınma mukavemeti, düşük sürtünme katsayısı, dış koşullara dayanıklılık, geniş renk yelpazesi ve işleme kolaylığı bulunmaktadır. Otomotiv sektöründe kumanda paneli butonları, cam kulpu, jant kapakları, dış aynalar, kapı kulpu, manifolt, konektörler, fanlar, fan kapakları, radyatörler, depolar ve kablo bağlayıcı parçalarında kullanılmaktadır. Son yıllarda, mekanik özelliklerini iyileştirmek için farklı boy ve besleme oranlarında cam elyaf takviyesi ile kompozitleri hazırlanmıştır. Poliftalamidler, yüksek ısıl dirence sahip yarı aromatik ve yarı kristalin bir malzemedir. Bu polimerler, sahip olduğu ısıl direnç ve düşük nem çekme özellikleriyle kimyasal bir çevrede veya yüksek sıcaklık koşullarında kullanıma uygundur. Yaygın kullanım alanları arasında otomobil motorlarındaki bobin parçaları, yakıt hattı bağlantıları ve soğutma pompaları, hava taşıtlarının motorlarındaki rakorlar ve kızaklar bulunur. Poliftalamidler petrol, gaz ve enerji sektörlerinde rastlanan pompa aşınma halkalarında da kullanılır. Polimer karışımları, yüksek dayanımları ve düşük yoğunlukları nedeniyle plastik endüstrisinde yaygın olarak kullanılan malzemelerdir. Aromatik poliamidler ile alifatik poliamidler karıştırıldığında işlenebilirlik artmaktadır. Poliamidler akrilonitril-butadiyen-stiren kopolimer ile karıştırıldıklarında darbeye dayanıklı, kimyasal ve sürtünme dirençleri yüksek ürünler elde edilir. Bu tez çalışmasında %50 cam elyaf takviyeli katkılı poliftalamid malzemesinin poliamid 66 malzemesi ile blend edilerek, uyumlaştırılması incelenecektir. Poliftalamidler ile farklı oralarda poliamid 66 karışımları ekstruzyonla harmanlanacaktır. Test örnekleri enjeksiyonla kalıplama yöntemleriyle hazırlanacak, polimerlerin besleme oranlarının, kompozitlerin mekanik, ısıl ve morfolojik özellikleri üzerine etkisi DSC ve mekanik test yöntemleriyle incelenecektir.
Sürekli elyaf takviyeli epoksi kompozitlerin özeliklerinin nanoselüloz ile iyileştirilmesi
Yüksek performanslı kompozitler; denizcilik, otomotiv, uzay-havacılık ve savunma sanayilerinde sıklıkla kullanılan bir malzeme grubudur. Gelişen teknolojiyle birlikte bu malzemelerin özelliklerinin iyileştirilmesi beklenmektedir. Son yıllarda yeni malzemelerin geliştirilmesinde nanokompozitler önemli katkılar sağlamaktadır. Nanokompozitler polimer sistemleri içerisine en az bir boyutu 100 nanometreden küçük olan parçacıkların dağılması ile oluşan heterofazlı kompozit yapılardır. Kullanılan nano boyutlu parçacıkların yüzey alanının çok geniş olmasından dolayı ilave edildiği polimerlerin mekanik ve ısıl dayanımlarını geliştirmektedir. Polimer nanokompozit üretimi amaçlı kullanılan malzemelerden biride iki boyutuda nanometrik ölçüde olan yenilenebilir kaynaklardan kolaylıkla elde edilebilen nanokristalin selüloz yani nanoselüloz (NKS,NS) malzemesidir. Uygun yöntemler kullanılarak polimer içerisine NKS molekülleri dağıtılarak nanokompozitler elde edilmektedir. Bu nano modifiye polimer sistemleri sürekli elyaflar ile takviyelendirilerek, mekanik özellikleri önemli ölçüde iyileştirilmiş yüksek performanslı kompozitler oluşturulabilmektedir. Tez çalışmamızda, matris sistemi olarak NKS katkılı epoksi nanokompozit, takviye sistemi olarak iki eksenli (0o-90o) kıvrımsız karbon ve cam elyaf kumaşlar kullanılmıştır.NKS nanoparçacıklarının, karbon elyaf takviyeli epoksi matrisli kompoziti ve cam elyaf takviyeli epoksi matrisli kompozitlerinin mekanik özelliklerine etkisi araştırılmıştır. Burada amaç matris sistemi olan epoksi reçinenin dayanımını arttırılmasıyla kompozit yapının mekanik özelliklerini iyileştirmektir. Öncelikle %1, 2, 4 ve 6 oranlarında NKS/epoksi nanokompozitleri hazırlanıp, bunların mekanik ve ısıl analizleri sonucu optimum NKS besleme oranı belirlenmiştir. Akabinde karbon elyaf ve cam elyaf takviyeli kompozit plakalar vakum torbalama yöntemi ile üretilmiştir. Hazırlanan kompozit malzemelerin mekanik karakterizasyonu; düzlem içi kayma, üç nokta eğme ve izod darbe dayanım testleri ile ölçülmüştür. Sonuçlar; NKS nanodolgusuz numunelerin sonuçları ile karşılaştırılmış ve NKS varlığının kompozit özellikleri üzerine etkisi araştırılmıştır. Ek olarak mekanik testler sonucu hasar gören kırılma yüzeylerinin SEM analizleri yapılıp elyaf-matris arayüzey özellikleri incelenmiştir. Epoksi matris için %4 oranında NKS içeriğinin optimum besleme oranı olduğu bulunmuştur. Buna göre üretilen %4 NKS/epoksi matrisli karbon elyaf takviyeli tabakalı ve cam elyaf takviyeli tabakalı kompozit yapının mekanik karakterizasyonları gerçekleştirilmştir. Yapılan tüm mekanik testlerde NKS nanodolgusu içeriğine sahip kompozitlerin dayanım, modül ve uzama değerlerinde %4,40 ile %27,18 arası değişen oranlarda iyileşmeler tespit edilmiştir.
Termoplastik elastomer esaslı kompozitlerin mekanik özelliklerinin incelenmesi
Gelişen teknoloji ile birlikte polimer teknolojisinde de her geçen gün önemli yenilikler ortaya çıkmaktadır. Bu yeniliklerle birlikte polimerlerin çeşitliliği artmış ve özellikleri geliştirilmiştir. Gelişen özellikler polimerlerin kullanım alanlarını yaygınlaştırmıştır. Son yıllarda geri dönüştürülebilirliği, işleme kolaylığı, mekanik özellikleri ve esnek yapısıyla termoplastik elastomerler (TPE) birçok çalışma için en uygun polimerlerden biri haline gelmiştir. Termoplastik elastomerlerden olan olan poli(strien-etilen-bütilen-stiren) (SEBS) blok kopolimeri rijit stiren gruplarıyla elastik etilen-bütilen gruplarından oluşmaktadır. Elastik ve sert grupları içinde barındıran SEBS polimeri mekanik özellikler açısından birçok avantaja sahiptir. Bunların yanında yeniden ve kolay işlenme gibi özellikleri de birçok avantaj sağlamaktadır. SEBS polimerinin mekanik özelliklerini daha üst seviyeye taşıyabilmek amacıyla son zamanlarda karbon esaslı dolgu maddeleri ve SEBS ile kompozitler üretilmektedir. Bu dolgu maddelerinden grafit, indirgenmiş grafen oksit ve karbon nanolifleri mekanik özellikleri açısından dikkat çekmektedir. Bu çalışmada, grafit, indirgenmiş grafen oksit, karbon nanolif kullanılarak SEBS kompozitler üretilmiştir. Grafit ve karbon nanolif satın alınmış fakat indirgenmiş grafen oksit laboratuvarda üretilmiştir. Grafitten modifiye Hummers methodu kullanarak indirgenmiş grafen oksit elde edilmiştir. Polimer matris olarak iki farklı SEBS polimeri kullanılmıştır. Kütlece farklı oranlarda dolgu maddesi kullanılarak kompozitler hazırlanmıştır. Üretilen filmlerin morfolojik özellikleri taramalı elektron mikroskobu ile, mekanik özellikleri ise çekme cihazında karakterize edilmiştir. Karakterizasyon sonunda elde edilen verilere göre, polimer esaslı kompozitlerin mekanik özellikleri hem polimer matris hem de kullanılan dolgu maddesinden etkilenmektedir.
Farklı dolgu maddeleri kullanılarak polimer kompozitlerin üretimi ve iletkenlik özelliklerinin incelenmesi
Termoplastik elastomerler çeşitli uygulamalar için eşsiz özelliklere sahip malzemelerdir. Termoplastik elastomerler farklı molekül ağırlıklarına ve farklı morfolojilere sahip olabilirler. Düşük molekül ağırlıklı termoplastik elastomerler kolayca eritilip işlenebiliyorken, yüksek molekül ağırlıklı termoplastik elastomerler için plastikleştirici kullanılarak bu işlem gerçekleştirilir. Plastikleştiriciler, elde edilmek istenen son ürüne bağlı olarak farklı oranlarda kullanılabilirler. Bu çalışmada matris olarak plastikleştirici katkılı poli[stiren-b-(etilen-ko-bütadien)-b-stiren] ile elektriksel iletken dolgu maddesi olarak grafit, indirgenmiş grafen oksit, karbon siyahı ve karbon nanolif kullanılmış ve elektriksel iletken polimer kompozit filmler üretilmiştir. Polimer kompozit filmler; yüksek kaymalı karıştırma, çözelti dökme ve baskı ile kalıplama yöntemlerinin birlikte kullanılmasıyla, çeşitli dolgu oranlarında üretilmiştir. Dolgu oranına bağlı olarak elektriksel ve morfolojik özellikler analiz edilmiştir. İletken polimer kompozitte kullanılan dolgu maddesi türlerinin elektriksel iletkenliğe olan etkileri karşılaştırılmıştır. Bu çalışmanın sonucunda elektriksel iletkenliğe en iyi etkiyi karbon nanolif dolgusu sağlamış ve taramalı elektron mikroskobu ile bu sonuçlar desteklenmiştir.
Doğal kaynaklı poliol içeren poliüretanların hazırlanması ve özelliklerinin belirlenmesi
Poliüretanlar, darbe dayanımı, kimyasal direnç, esneklik gibi özellikleri ile kaplama, izolasyon, otomotiv, tekstil, dekorasyon gibi sektörlerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Sektörde kullanım alanına göre sert, esnek, yarı esnek(integral) sistemler olarak gruplandırılırlar. Üretimlerinde çeşitli kimyasal ve fiziksel özelliklere sahip poliollerin ve diizosiyanatların kullanılması farklı özelliklere sahip poliüretan ürünler elde edilmesini sağlar. Poliüretan sentezinde kullanılan hammaddelerin büyük bir kısmı petrokimya kaynaklıdır. Son yıllarda kimya alanında yapılan çalışmalar yenilenebilir kaynaklar üzerindedir. Kimyasal hammaddelerin biyobozunur ve ekonomik olması tercih edilmektedir. Bu tez çalışmasında petrokimya ürünlerine alternatif olarak bitkisel(doğal) ve bitkisel yağ bazlı poliollerin ekonomik ve petrokimyaya olan bağımlılığı azaltması nedeni ile poliüretan sistemlerde kullanılması amaçlanmıştır. Doğal ve yağ bazlı polioller (sorbitol-gliserol bazlı polieterler, castor oil, gliserol vb.) yapılarındaki trigliseritler ile poliüretan yapısında çapraz bağlar oluşturarak mukavemetini, sahip olduğu uzun ve esnek alifatik zincirler darbe sönümleyici özelliğini arttırarak poliüretan yapısına üstün özellikler sağlamaktadır. Çalışmada poliüretan filmler tek-vuruş tekniği ile elde edildi. Diizosiyanat olarak toluen diizosiyanat (TDI) ve metilen difenil diizosiyanat (MDI), petrokimya kaynaklı poliol kaynağı olarak polipropilen glikol (PPG), doğal kaynaklı poliol olarak sukroz, sorbitol, gliserol bazlı polieter polioller ve hint yağı kullanıldı. Katalizör olarak dibutil-tin-dilaurat (DBTDL), inorganik dolgu olarak kalsit, barit, talk tercih edildi. Poliüretan filmlerin kürlenme sonrası karakterizasyonu Fourier Transform Infrared Spektroskopisi (FTIR) ile mekanik analizleri universal test cihazı ile gerçekleştirildi. Yapılan karakterizasyon analizlerinde doğal kaynaklı poliollerin petrokimyasal kaynaklı poliollere göre poliüretan yapısında daha fazla çapraz bağlanma gerçekleştirmesi nedeni ile malzeme mukavemetini arttırdığı gözlemlendi. Ayrıca hint yağının kullanıldığı örneklerde mekanik mukavemetin artmasının yanında elastikiyet özelliğin kaybedilmediği görüldü. İnorganik dolgular ile elde edilen filmlere uygulanan iklimlendirme testi sonucunda dolgusuz filmlere göre daha az büzülme gerçekleştiği tespit edildi.
SEBS esaslı termoplastik elastomer ile uyumlaştırılmış ve nanokil takviyeli polipropilen nanokompozitlerin üretimi
Polimer nanokompozitler (PNC) sahip oldukları üstün özellikleriyle akademi ve endüstriyel alanda dikkatleri üzerine çekmekte ve kullanım alanları her geçen gün hızla genişlemektedir. Küçük miktarda nanodolgu kullanımı ile polimer matrise ait mekanik, ısıl, elektrik, optik, gaz geçirgenlik gibi özellikler önemli derecede geliştirilebilmektedir. Polipropilen (PP) ucuz maliyeti, düşük yoğunluğu ve kolay işlenebilirliği ile en çok kullanılan termoplastik polimerler arasında yer almaktadır. Ancak, düşük darbe direnci ve tokluk değerlerine sahip olması polipropilenin uygulama alanını kısıtlamaktadır. Polipropilenin düşük darbe direnci ve tokluk değerleri, çeşitli dolgularla takviye edilerek veya elastomerik polimerle modifiye edilerek geliştirilebilmektedir. Bu çalışmada, polipropilenin darbe direncini ve tokluğunu arttırmak için farklı geometrilere sahip nanokil ve stiren-b-etilen/butilen-b-stiren (SEBS) esaslı termoplastik elastomer uyumlaştırıcılar kullanılmıştır. Çalışmanın ilk bölümünde, doğal bir nano dolgu olan Halloysit nanotüp (HNT) ve maleik anhidrit aşılanmış SEBS (SEBS-g-MA) içeren polipropilen esaslı nanokompozitleri farklı iki yöntemle hazırlanarak, üretim yöntemlerinin nanokompozit özellikleri üzerine etkileri araştırılmıştır. Halloysit içi boş tüpsü yapıda doğal bir inorganik nanodolgudur. Polimer-nanodolgu arasındaki etkileşimin arttırılması için, HNT'ler setiltrimetilamonyum bromür (CTAB) kuaternize amonyum tuzu ile kriyoskopik genişletme yöntemi kullanılarak, organofilik yüzey modifikasyonu gerçekleştirilmiş halloysit (Org-HNT) elde edilmiştir. Nanokompozitler dahili karıştırıcı içerisinde eriyik harmanlama ile eş zamanlı ve masterbatch (dolgu konsantresi) esaslı olmak üzere farklı iki yöntemle hazırlanmıştır. Masterbatch esaslı yöntemde, HNT/SEBS-g-MA oranı 1/3 olarak seçilmiştir. Masterbatch bileşenleri, tetrahidrofuran (THF) çözücüsü içerisinde santrifujsel devir/planetary rotasyon tip yüksek hızlı karıştırıcı (high shear mixer) kullanılarak dağıtılmıştır ve daha sonra elde edilen masterbatch eriyik harmanlama yöntemi kullanılarak PP matisle harmanlanmıştır. Üretim yönteminin nanokompozitlerin morfolojik, mekanik ve ısıl özellikleri üzerine olan etkileri detaylı şekilde analiz edilmiştir. Masterbatch yöntemi ile hazırlanan nanokompozitlerin eş zamanlı yöntem ile hazırlanan nanokompozitlere göre daha iyi nanodolgu ve elastomer dağılımı gösterdiği ve masterbatch esaslı yöntem ile hazırlanan kompozitlerin daha gelişmiş ısıl ve mekanik özellikler sergilediği belirlenmiştir. Hazırlanan nanokompozitler arasında ağırlıkça %3 HNT ve %9 SEBS-g-MA içeren kompozisyon ile, saf PP ile kıyaslandığında yaklaşık %200 daha fazla darbe direnci elde ederek sertlik ve tokluk arasında iyi bir denge sağlanmıştır. Çalışmanın ikinci bölümünde, revolüsyon/rotasyon yüksek hızlı karıştırıcı kullanılarak farklı Org-HNT/SEBS-g-MA oranlarında (1/1, 1/2 ve 1/3) masterbatchler üretilmiş ve Org-HNT/SEBS-g-MA oranının, Org-HNT/SEBS-g-MA/PP nanokompozitlerinin mekanik ve ısıl özellikleri üzerine etkisi analiz edilmiştir. Bu amaçla her bir masterbatch için ağırlıkça %1, %3 ve %5 Org-HNT içeren polipropilen nanokompozitler eriyik harmanlama yöntemi ile üretilmiştir. Hazırlanan bütün nanokompozitler dinamik mekanik analiz (DMA) testlerinde düşük sıcaklıklarda saf PP ile karşılaştırıldığında daha yüksek depolama modülü değerleri sergilemiştir. HNT/SEBS-g-MA oranı 1/3 olan nanokompozitler göreceli daha yüksek sönümleme değerleriyle etkili sönümleyici olarak davranmışlardır. Kısa süreli sünme testleri performansları incelendiğinde, %1 ve %3 Org-HNT ve %9 'dan daha düşük SEBS-g-MA içeren kompozitlerde boyutsal kararlılığın arttığı ve saf PP'e göre daha düşük sünme gerinimi ve kalıcı deformasyon oluştuğu görülmüştür. %3 Org-HNT ve %9 SEBS-g-MA içeren nanokompozit çok geniş bir sıcaklık aralığnda (-70°C ile 50ºC aralığı) etkili sönümleme gerçekleştirmekle birlikte, düşük sıcaklıklarda göreceli daha yüksek depolama modülü ve daha düşük kalıcı sünme gerinimi sergilemiştir. Çalışmanın üçüncü bölümünde, öncelikle SEBS-g-MA elastomerik uyumlaştırıcısı üzerinde bulunan maleik anhidrit fonksiyonel grupları, poli(etilen oksit) (PEO) molekülü ile modifiye edilerek yeni bir uyumlaştırıcı olan PEO aşılanmış SEBS (SEBS-g-PEO) sentezlenmiştir. Üretilen yeni uyumlaştırıcının performansının değerlendirilmesi için PP ve montmorillonit (MMT) içeren PP/SEBS-g-PEO/MMT ve PP/SEBS-g-MA/MMT nanokompozitleri eriyik harmanlama ile hazırlanmıştır. PEO molekülünün SEBS üzerine aşılanmasının morfolojik, mekanik ve ısıl özellikler üzerine etkisi SEBS-g-MA ile karşılaştırılmalı olarak analiz edilmiştir. SEBS-g-PEO ile hazırlanan nanokompozitler SEBS-g-MA ile hazırlanan nanokompozitlere göre daha yüksek tokluk, ısıl kararlılık ve sünme direnci sergilemiştir. SEBS-g-PEO içeren nanokompozitin sönümleme parametresi de, göreceli olarak daha geniş bir sıcaklık aralığında daha yüksek bulunmuştur. Bu da SEBS-g-PEO toklaştırıcı/uyumlaştırıcı sisteminin diğer bir avantajı olmuştur. PP blend ve nanokompozitlerin temas açısı değerleri, saf hidrofobik PP ye göre daha düşük değerler almıştır ve bu sonuç PP esaslı malzeme üretimindeki boyama ve kaplama gibi son ürün proseslerinde istenen bir durumdur.
Uçucu kül içeren poliüretan kaplamaların hazırlanması mekanik, ısıl ve yanma özelliklerinin belirlenmesi
Üretan kaplamaları olarak anılan poliüretan yüzey kaplamaları, düşük sıcaklıklarda kürleşebilen, yüksek performansa sahip, yüksek elastik özellikli ve mükemmel aşınma dirençli, ayrıca hava koşullarına dayanıklı kaplamalardır. Poliüretanlar, segmentli kimyasal yapılarından dolayı değişik mekanik özelliklerde ve elastomerik filmlerden süngere kadar farklı formlarda hazırlanabilmelerinden dolayı çok geniş kullanım alanına sahiplerdir. Ayakkabılardan kaplamalara, mobilya döşemelerinde kullanılan esnek köpükten duvar ve çatı yalıtımında kullanılan sert köpüğe, yapıştırıcılardan otomobil iç aksamına, zeminde kullanılan elastomerlerden deri sızdırmazlık malzemelerine kadar geniş bir kullanım alanı aralığına sahiptir. Polimerik kaplamalarda yer alan dolgular kullanım miktarlarına ve tiplerine bağlı olarak taşıdıkları özellikleri polimer matrisine de taşırlar. Kömür gibi katı yakıt olarak kullanılan termik santrallerde atık olarak ortaya çıkan uçucu küllerin polimerik kaplamalarda dolgu olarak kullanımı, uçucu küllerin taşıdığı özellikler sebebiyle oldukça umut vadeden bir uygulama alanıdır. Uçucu küller, gözeneklilik, hafiflik, düşük maliyet ve yüksek mukavemet gibi olumlu özellikleri, farklı katkı ve kompozit uygulamaları için uygun malzemeler haline getirmektedir. Atıkların bu şekilde değerlendirilmesi, depolama sorununu büyük ölçüde kaldıracağı gibi, çevresel sorunları bertaraf edecek, özellikle kısıtlı diğer doğal hammaddelerden tasarruf edilmesini sağlayacak, bunların da ötesinde nitelik ve nicelik açısından daha üstün ürünler elde edilebilecektir. Çalışmada çeşitli izosiyanat ve diol kombinasyonları ile çeşitli poliüretan kaplamaları hazırlandı. Elde edilen bu poliüretan esaslı kaplamalara mekanik karıştırma yöntemiyle toplam kütleye ağırlıkça % 2,5, % 5, % 10 ve % 15 oranlarında uçucu kül ilave edildi. Uçucu kül ilave edilen poliüretan kaplama malzemelerinin mekanik özellikleri, ısıl ve yanma davranışları üzerine etkileri incelendi ve katkısız poliüretan kaplamalar ile karşılaştırması yapıldı. Yapılan karakterizasyon, mekanik ve termal analiz sonucunda uçucu kül ilave edilmesi ile poliüretan kaplamaların mekanik dayanım özelliklerinin zayıfladığı, fakat yanma özelliklerinin iyileştiği gözlemlendi.
Enjeksiyon kalıplama yöntemiyle otomotiv endüstrisi için üretilen ince cidarlı plastik parçaların üretim şartlarının optimizasyonu
Plastik endüstrisi her geçen gün büyümektedir. Endüstriyel uygulamalarda yüksek mukavemetli, kompleks geometrili, ince cidarlı ve hafif malzemelerin kullanımı artmaktadır. Karbon emisyonu ve çevre kirliliğini en aza indirmek için otomotiv endüstrisi hedefleri arasında araçların hafiflemesi önemlidir. Bu yüzden otomotiv endüstrisinde birçok metal parçanın yerini plastik ve fiber takviyeli malzemeler almaktadır. Plastik parçanın kullanımında parça hafiflerken mukavemeti kaybetmemesi beklenmektedir. Bu yüzden mühendislik plastikleri, yüksek performanslı plastikler ve fiber takviyeli kompozitler geliştirilmektedir. Ayrıca otomotiv endüstrisinde ince cidarlı parçaların üretimi ve kullanımı artmaktadır. Bu bağlamda, ince cidarlı parçaların üretiminde karşılaşılan problemlerin irdelenmesi ve optimum değerlerin elde edilmesi amaçlanmaktadır. İnce cidarlı parçalarda akış derinliğinin düşük olması sebebiyle malzemenin daha fazla sürtünmeye maruz kalmasıyla akış zorlanacaktır. Bunun sonucunda dolum için daha yüksek basınç ve makine kapasitesitesi gereksinimi ortaya çıkacak ve ince cidarlı parçaların üretimi zorlaşacaktır. Basıncın yeterli seviyede olması tam olarak dolumun gerçekleştiğinden emin olunması amacıyla çapaklı parça üretimi yapılmak zorunda kalınmaktadır. Buna ek olarak parçada akış mesafesinin artması , üretimi zorlastırmaktadır.
Benzofenon/polietilenimin fotobaşlatıcı sistemiyle hidrojel sentezi
Fotopolimerizasyon fotoaktif moleküllerin aydınlatılmasıyla oluşan reaktif türlerin vasıtasıyla gerçekleşen çevreye duyarlı bir polimerizasyon tekniğidir. Endüstriyel alanda herkesçe bilinen bazı kullanım alanlarına baktığımızda; vernikler, boyalar, yapıştırıcılar, çeşitli kaplamalar, matbaa mürekkepleri, elektronik bileşenlerin kapsüllenmesi, grafik sanatları, baskı plakaları, stereolitografi, fotoresistler, lazer doğrudan görüntüleme, bilgisayardan plakaya görüntüleme teknolojisi v.s. bunun yanı sıra tıp alanında; radyasyon tedavisi, ilaç salınım, halografik optiksel grafikler, diş onarımı, ışığa bağlı polimerizasyon reaksiyonlarını sıralayabiliriz. Termal olarak başlatılmış polimerizasyonlara kıyasla; düşük enerji gereksinimleri, uygulama sıcaklığının düşük olması, uçucu olmayan organik bileşiklerin kullanımı (solventsiz sistemler) gibi avantajları bulunmaktadır. Bunun yanı sıra formülasyonda tepkimeye girecek monomer ve diğer kimyasalları düzenleyerek tepkime sonrasındaki çözünürlük, sertlik, renk, elektriksel iletkenlik, geçirgenlik, yapışkanlık gibi malzemenin performansına etki eden özelliklerin kolaylıkla kontrol altına alınabilmesi gibi sayısız avantajları sayesinde fotopolimerizasyon teknikleri yeşil bir teknolojiye uygun olarak ilgi çekici bulunmuş ve tercih edilen bir yöntem olmuştur.Fotopolimerizasyon prosesini kontrol etmede anahtar faktör; tepkimeyi başlatmak için gerekli aktif radikallerin üretildiği fotobaşlatıcıdır. Işığa duyarlı polimerik malzemeler olan fotobaşlatıcılar, ışık kaynağına maruz bırakıldıklarında parçalanarak aktif radikaller oluşturarak polimerizasyonu başlatmaktadır. Serbest radikal fotopolimerizasyonları, genel olarak bölünme "Tip I'' ve hidrojen koparma "Tip II'' olarak sınıflandırılan fotobaşlatıcılar varlığında gerçekleştirilir.Tip I fotobaşlatıcılarda ışığı absorplayan molekül parçalanarak iki farklı aktif radikal üretebilmektedir. Tip II fotobaşlatıcılarda ise iki bileşenli sistemler olup, aromatik ketonlar ışığı absorpladıktan sonra hidrojen verici gruplardan doğrudan hidrojen koparma ya da elektron/proton transferi yoluyla radikaller üretmektedir. Tip II fotobaşlatıcılar genel olarak Tip I fotobaşlatıcılardan daha yavaştır. Ancak, yakın UV spektrum bölgedeki en iyi optiksel absorpsiyon özelliklerinden dolayı Tip II fotobaşlatıcılara olan ilgi son yıllarda artmıştır. Benzofenon, bugüne kadar en çok kullanılan geleneksel tip II fotobaşlatıcısıdır. Benzofenon ve türevleri için devam eden ilgi, çeşitli nedenlerden kaynaklanmaktadır. Bunlardan biri, benzofenonun hem uzun dalga boyu (UV-A, 400-315 nm) hem de ultraviyole UV spektrumun orta dalga (UV-B, 315- 280 nm) bölgelerindeki etkin bir şekilde absorbe etme kabiliyetidir. Diğer taraftan hidrojen verici gruplar olarak genellikle amin, tiyol ve alkoller tercih edilmektedir. Bu gruplar arasında aminler oksijen inhibisyonunu da önledikleri için daha çok tercih edilmektedir. Amin molekülleri genellikle uçucu olmalarından dolayı fotopolimerizasyonda yüksek molekül ağırlıklı amin kaynaklarının kullanımı tercih edilmektedir.Bu çalışmada UV ışığıyla uyarılmış aromatik keton molekülü ile farklı molekül ağırlıklı polietilenimin molekülü üzerindeki amin grubuna komşu karbondaki hidrojeni kopartarak aktif radikaller üretilmesi sonucu radikal polimerizasyonu başlatıldı. Böylelikle, polietilenimin üzerinde üretilen aktif radikaller met(akrilat) monomerlerini polimerleştirerek hem oksijen inhibisyonu önlemiş hem de polimerizasyon sonrası sararma etkisi olarak bilinen göçme olayının önünde geçilmiştir.
Çinko oksit-immobilize-montmorillonit içeren nanokompozit hidrojellerin boyar madde adsorpsiyonunda kullanımı
Tekstil, kauçuk, kağıt, deri, plastik ve kozmetik gibi endüstrilerin atık sularında bulunan çeşitli tipteki zehirli boyar maddeler, en büyük çevresel sorunlardan biri olarak kabul edilir. Bu tür kirletici boyar maddelerin giderimi, hem sağlık açısından hem de çevresel hususlardan dolayı çok önemlidir. Bu bağlamda, hidrofilik polimerlerin çapraz bağlanması ile elde edilen, suda çözünmeyen fakat su içinde şişme özelliği gösteren ağ yapılar olarak tanımlanan hidrojeller, atık sulardan boyar madde gideriminde adsorban olarak kullanılmaktadır. Bu çalışmada, sulu çözeltilerden boyar madde adsorpsiyonunda kullanılmak üzere nanoboyutta çinko oksit (ZnO) metal oksit immobilize edilmiş montmorillonit kili (ZnO-MMT) içeren kimyasal çapraz bağlı poli(akrilamit) (PAAm) nanokompozit hidrojeller sentezlenmiştir. Çalışma kapsamında, nanokompozit hidrojeller, eş-anlı serbest radikalik polimerizasyon reaksiyonu ile N,N-metilen bis-akrilamit (BAAm) çapraz bağlayıcısı ve radikalik başlatıcı çifti amonyum persülfat - sodyum metabisülfit varlığında sentezlenmiştir. Böylece, PAAm hidrojeli, MMT kili ve ZnO metal oksitin tek bir malzemede birleştirilmesi ile üçlü nanokompozit hidrojel hazırlanmıştır. Farklı yüzdelerde ZnO-MMT içeren nanokompozit hidrojellerin, sulu çözeltilerden bromotimol mavisi gideriminde kullanılması araştırılmıştır. Adsorpsiyon testlerinden elde edilen sonuçlar, hidrojellerin morfolojik yapıları ve kil tabakalarının nanokompozit hidrojel içerisindeki dağılımları ile ilişkilendirilmiştir. Saf PAAm ve nanokompozit hidrojellerin maksimum şişmiş formlarındaki basma mekanik dayanımları da araştırılmıştır. Nanokompozit hidrojellerin mekanik dayanımı ve modülü ile tokluk değerleri saf PAAm hidrojeline göre artmıştır. Ağırlıkça %0.25 ZnO-MMT içeren PAAm nanokompozit hidrojeli pH değeri 6 olan 30 ppm'lik boyar madde çözeltisi için, saf ZnO-MMT kili ve saf PAAm hidrojeline kıyasla sırasıyla, %1760 ve %125 daha fazla boyar madde adsorplamıştır. Adsorpsiyon izotermlerinden elde edilen adsorpsiyon kapasitesi değeri (k) de, aynı nanokompozit hidrojel adsorbanı için, saf PAAm hidrojeline kıyasla %300 daha fazla bulunmuştur. Bu sonuç, ZnO-MMT ile elde edilen hidrojellerde, kilin neden olduğu ikincil etkileşimlerden kaynaklanan çok daha küçük ve çok sayıda gözenek yapısının oluşmasına dayandırılmıştır. Ayrıca, ZnO metalinin yüzeyinde hidroliz sonucu oluşan hidroksit fonksiyonlu grupların ve MMT kil yüzeyinin de boyar madde adsorplanmasında ilave katkı sağladığı muhtemeldir.
Yakıt hücreleri için sülfon ve triazol fonksiyonlandırılmış polistiren membranların hazırlanması
Proton değişim membranı olarak bilinen yakıt pilleri (PEMFC) geleceğin temiz enerji teknolojisi açısından umut vaat etmektedir. Son çalışamalar gösteriyor ki, yakıt pillerinin uygulama alanlarından taşıtlar ve mobil elektronik aygıtlarda kullanımı son derece başarılı olmuştur. Susuz proton iletken polimer elektrolitler için imidazol, benzimidazol ya da triazol gibi heterosiklik yapılar ile suyun yerine geçen alternatif proton solventleri çalışılmıştır. Azot içeren aromatik heterosiklik yapıların proton iletme özellikleri ve sülfürik asitle dop edilerek veya sülfonlanmış polimer karışım sistemleriyle polimer elektrolitlerde kullanılabilirliği fark edilmiştir. Bu çalışmada, susuz proton iletken polimerler için triazol ve sülfonik asitle fonksiyonlandırılmış polistiren yeni bir yaklaşım olarak çalışılmıştır. Bir dizi sülfonlanmış polistiren (%20 ve 30 sülfonasyon derecelerinde), sülfonasyon ajanı olarak trimetilsilil klorosülfonat (TMSCS) kullanılarak başarılı bir şekilde sentezlenmiştir. Triazol fonsiyonlandırılmış polistiren türevi (Tr-PS) , 1H-1,2,4,-Triazol-3-tiol ile klorometil stirenin reaksiyonu ile gerçekleştirilmiştir. Sonuç olarak fonksiyonlandırılmış polimerlerin karışımları ve bunların filmleri hazırlanarak hibrib polimer elektrolitler elde edilmiştir (Tr-PS - sPS). Membranlar NMR ve FT-IR ile yapısal olarak karakterize edilmiştir. Malzemelerin termal kararlıkları diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) ve termogravimetrik analiz (TGA) ile ölçülmüştür. Polimer elektrolitlerin 25 oC'deki dc iletkenlikleri dört noktadan temas yöntemi ile ölçülmüş ve maksimum iletkenlik Tr-PS x sPS %30 x 2 için 1 x 10-4 S/cm olarak bulunmuştur. Anahtar Kelimeler: polimer elektrolit, proton iletkenliği, polistiren, triazol, sulfonasyon
Düşük sıcaklıkta yüksek darbe dayanımına sahip cam ve karbon elyaf takviyeli iletken poliamid 6 ve poliamid 66 karışımlarının hazırlanması
Poliamidler, mühendislik polimerleri içinde birçok farklı uygulamada kullanılırlar. Poliamidlerin en karakteristik özellikleri; yıpranmaya ve aşınmaya karşı dirençli olmaları, yüksek sıcaklıklarda bile iyi mekanik özelliklere, düşük gaz geçirgenliğine sahip olmaları ve kimyasallara karşı dirençli olmalarıdır. Bazı uygulamalarda cam parçacıklar ya da elyaflarla güçlendirilen poliamid kompozitler, daha yüksek yapısal mukavemet, darbe dayanımı ve sertlik sunarlar. En çok kullanılan poliamid olan poliamid 6 ve poliamid 6,6 benzer özelliklere sahip olsalar da farklı erime noktasına sahiptirler (poliamid 6- 223°C, poliamid 6,6′-255°C). Poliamidler genellikle tamamen yalıtkan malzemelerdir. Yapılan çalışma hali hazırda otomotivden elektroniğe kadar birçok sektörde kullanılabilen elyaf takviyeli poliamid esaslı iletken polimer kompozit malzeme teknolojilerine yöneliktir. İletken polimerler günümüzde yaygın bir kullanım alanı bulmakla birlikte bu alanda yeni ve özgün çalışmalarla birlikte daha da yaygınlaşmaktadır. Bu çalışmada standart tip iletken, yarı iletken ve antistatik özellikli temel ürün grupları yerine otomotiv endüstrisi, dişli ve mil uygulamaları başta olmak üzere polimer malzemeler açısından zorlayıcı koşullarda da yüksek darbe dayanımı gösterebilecek ve iletkenlik özelliğini koruyabilecek, kompozit yapılı bir malzemenin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu kapsamda polimer malzeme olarak yüksek mukavemet için poliamid (PA) ve elektrik iletkenliğini sağlamak içinde karbon siyahı, grafit, karbon elyaf ve geri dönüştürülmüş karbon elyaf kullanılmıştır. Standart tip uygulamalardan farklı olarak elde edilen kompozitler düşük sıcaklıklarda da (-40oC) yüksek darbe dayanımı göstermiştir. Çift vidalı ekstrüder ile gerekli karışım hazırlandı ve enjeksiyon ile gerekli test plakaları basıldı. Malzemelerin mekanik özellikleri çekme-kopma testi ve darbe testi ile incelendi. Çalışmada en yüksek elastisite modülü ve kopma mukavemeti değerleri %30 karbon elyaf ilavesi ile elde edildi. -40 oC'de ölçülen darbe değerlerinde en iyi sonuç %30 cam elyaf ve %10 grafit kombinasyonu ile hazırlanan karışımda sağlandı. Elektrik iletkenliği için karışımların yüzey direnci Kethyle marka cihaz ile ölçüldü. İletkenlik için gerekli olan en düşük yüzey direnci değeri 10² ohm olarak %30 karbon elyaf ilavesinde görüldü.