Karbon nanotüplerin iyonik karakterli yüksek dallanmış kopolimerlerle su içerisinde disperse edilmesi ve özelliklerinin incelenmesi

Abstract

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.

In recent years, hyperbranched polymers have been attractive because of their various physical and chemical properties. Hyperbranched polymers have many superior properties due to architectural structures which can contain many different functional groups. These materials have begun to use both in academic studies and industrial areas owing to features such as high solubility and low viscosity. In this study, synthesized tertiary amine functional hyperbranched copolymers possessing pyrene functional groups attached onto carbon nanotubes surface. Afterwards, it is aimed to disperse of carbon nanotube via ionic hyperbranched copolymers in water and characterize with several techniques.For this purpose, in the first step photopolymerization reaction was carried out with methyl methacrylate (MMA) and amine based monomer 2-(Diethylamino) ethyl methacrylate (DEAEMA) in the presence of a Type II photoinitiator (BP) and hyperbranched copolymeric structures were obtained. Because these monomers named 2-(Diethylamino) ethyl methacrylate which have tertiary amine groups in their structures are strong hydrogen donors, branched points can be formed on the polymer backbone during the photopolymerization reaction. Secondly hyperbranched polymers were possessed functionality via modification with 1-(Bromoacetyl) pyrene.Finally, it was provided to attach functional hyperbranched polymers onto carbon nanotubes surface with the physical interactions. After the studies, it was observed that polymer- modified carbon nanotubes had much better dispersions in organic solvents. The copolymers and carbon nanotubes which have hydrophobic properties were hydrophilically modified by quaternization with HCl and resulting carbon nanotubes were dispersible in aqueous media.In these studies, hyperbranched copolymers were synthesized using various monomer concentrations. DEAEMA was prepared as four different feed ratios which have been 5%, 20%, 50% and 100% moles respectively. After polymerizations, conversion percentages were calculated by gravimetrically. Besides, hyperbranched polymers were investigated by Gel- Permeation Chromatography (GPC), Proton Nuclear Magnetic Resonance (1H NMR), UV-Visible Spectrophotometer and Thermal Gravimetric Analysis (TGA).