Poli(organofosfazen) içeren karbon nanotüp nanokompozitlerinin hazırlanması ve özelliklerinin belirlenmesi

Abstract

Karbon nanotüpler ileri teknoloji malzemesi olarak kullanımları açısından önemli fiziksel/kimyasal özellikleri nedeniyle akademik ve endüstriyel araştırmalarda oldukça ilgi çekmektedir. Fakat organik ve anorganik çözücülerde çözünmemeleri birçok alandaki uygulamalarını engellemektedir. Çözünürlük probleminin aşılmasında CNT yüzeyinin uygun anorganik ve organik polimerler ile modifiye edilmesi etkin bir yöntem olarak kullanılmaktadır. Organik polimerlerle karşılaştırıldığında inorganik polimerlere göre poli(organofosfazen)lerin kararlılıkları daha yüksektir ve yan gruplarının değiştirilmesi ile özelliklerinde istenilen düzenlemeler yapılabilmektedir.Bu tez çalışmasında amaç; termal olarak kararlı ve çözünür çok katmanlı karbon nanotüp/ poli(organofosfazen) kompozitlerinin hazırlanmasıdır. Tez çalışması kapsamında (a) %100 kuaterner piridinoksi (PPY), (b) %50 kuaterner piridinoksi ve %50 aromatik alkol (fenol) (PZS), (c) %50 kuaterner piridinoksi ve %50 uzun alifatik zincirli alkol (1-dodekanol) (PDK), (d) %50 kuaterner piridinoksi ve %50 glikol eter [2-(2-metoksietoksi)etanol)] (PEG) yan gruplara sahip poli(organofosfazen) türevleri sentezlendi. f-MWCNT/poli(organofosfazen) kompozitler f-MWCNT ile protonlanmış poli(organofosfazen) türevlerinin (PPY, PZS, PDK, PEG) 4 farklı oranda [Rbes= 1:1; 1:3; 1:5; 1:10 (w:w)] etkileştirilmesi ile hazırlandı. Elde edilen kompozitlerin (f-MWCNT/PPY, f- MWCNT/PZS, f- MWCNT/PDK, f-MWCNT/PET) termal kararlılıkları TGA ile incelendi. Hazırlanan tüm kompozitlerin termal kararlılıkları ve çözünürlükleri göz önüne alınarak f-MWCNT/PPY1:5, f-MWCNT/PZS1:5, f-MWCNT/PDK1:5, f- MWCNT/PET1:5 kompozitlerinin ideal kompozit bileşimine sahip olduğu belirlendi ve yapıları 31P NMR, 1H NMR, FT-IR, XRD, Raman Spektroskopisi ve EDX ile karakterize edildi, bu nanokompozitlerin morfolojik özellikleri SEM ve HRTEM ile belirlendi. Hazırlanan nanokompozitlerin suda ve yaygın olarak kullanılan organik çözücülerde kararlı çözeltileri elde edildi. f-MWCNT/poli(organofosfazen) sistemlerinde çözünürlüğün ve termal kararlılığın poli(organofosfazen) üzerindeki yan gruplara göre değişiklik gösterdiği gözlendi.Carbon nanotubes attracted considerable attention in academic and industrial organs as advanced materials because of their unique physical/ chemical properties. However, the poor solubility in organic and inorganic solvents limits the function of CNTs and hinders their applications in many fields. Surface modification of CNTs with inorganic and organic polymers is an efficient method to solve this problem. In comparison with organic polymers, inorganic type poly(organophosphazene)s are highly stable macromolecules with adjustable properties depend on the side groups.The main objective of this thesis is to describe the synthesis of thermally stable and soluble multi-walled carbon nanotube/poly(organophosphazene) composites. The poly(organophosphazene)s substituted with (a) 100% quaternary protonated pyridinoxy (PPY) (b) 50% quaternary protonated pyridinoxy and 50% a aromatic alcohol (phenol) (PZS) (c) 50% quaternary protonated pyridinoxy and 50% a long aliphatic chain alcohol (1-dodecanol) (PDK) (d) 50% quaternary protonated pyridinoxy and 50% a glycol ether [(2-(2-methoxyethoxy)ethanol] (PEG) have been synthesized. f-MWCNT/poly(organophosphazene) composites have been prepared by the treatment of the f-MWCNT with the protonated polyphosphazenes (PPY, PZS, PDK and PEG) using different feed ratios [Rfeed= 1:1; 1:3; 1:5; 1:10 (w:w)]. The thermal stability of prepared composites (f-MWCNT/PPY, f- MWCNT/PZS, f- MWCNT/PDK, f-MWCNT/PET) have been investigated by TGA. By considering thermal stabilities and solubility of all prepared composites, f-MWCNT/PPY1:5, f-MWCNT/PZS1:5, f-MWCNT/PDK1:5, f- MWCNT/PET1:5 have been chosen as optimum composite composition and characterized by 31P NMR, 1H NMR, FT-IR, XRD, Raman Spectroscopy and EDX analysis. The morphologic characterizations of the selected nanocomposites have been carried out by SEM and HRTEM. Excellent dispersions of the nanocomposites in water and common organic solvents have been achieved. The solubility and thermal stability of nanocomposites are depend on the side groups on poly(organophosphazene).