Polihıpe ve polimıpe nanokompozitlerinin sentezi, karakterizasyonu ve mekanik özelliklerinin geliştirilmesi

Abstract

Makro gözenekli ve açık hücresel yapılı polimerler, yüksek gözenekli ve geniş yüzey alanlı yapıları ve birbirine bağlı iç içe geçmiş gözeneklerin sağladığı avantajlar nedeniyle pek çok farklı alanda kullanım olanağına sahiptirler. Emülsiyon kalıplama yöntemi yüksek ve orta iç fazlı emülsiyonlar (High Internal Phase Emulsion-HIPE, Medium Internal Phase Emulsion-MIPE) kullanılarak açık hücresel yapılı polimerlerin hazırlanmasında kullanılan en basit ve etkili yöntemdir. HIPE?ler büyük hacimlerde iç faz veya dispers (dağılan) faz içeren konsantre sistemler olarak adlandırılır. Bir HIPE?de iç faz hacim oranı (Ø) toplam emülsiyon hacminin en az 0.74?ünü oluşturur. MIPE?lerde ise Ø 0.50 ile 0.73 aralığında değişir. Her iki emülsiyon türünde de fazlardan birisinin (veya her ikisinin) monomerik türler içermesi durumunda emülsiyonların çapraz-bağlanması ile poliHIPE veya poliMIPE olarak adlandırılan açık hücresel yapılı polimerler elde edilir. PoliHIPE ve poliMIPE'ler geniş yüzey alanları ve düşük yoğunluklarının sağladığı avantajlardan dolayı çok farklı alanlarda (iyon değişimi, filtrasyon, doku mühendisliği, katalizör destek malzemelerinin üretilmesi, v.b.) kullanılabilirler. Ancak açık hücresel morfolojinin neden olduğu zayıf mekanik özellikleri nedeniyle gerçek anlamda endüstriyel uygulamalarda kullanımları sınırlıdır.Bu tez çalışmasında poliHIPE ve PoliMIPE?lerin mekanik özelliklerinin geliştirilmesi amacıyla iki farklı yaklaşım kullanıldı: (i) sürekli fazın monomer bileşimi değiştirilerek ve (ii) sürekli faza bu faz ile uyumlu nanokil katılarak. Bu kapsamda, HIPE ve MIPE?lerin sürekli fazına belirli oranlarda nanokil katılarak doymamış poliester reçinesi-ko-divinilbenzen (Pes-ko-DVB), glisidil metakrilat-ko-1,3-bütandiol dimetakrilat (GMA-ko-BDDMA) ve stiren-ko-divinilbenzen (S-ko-DVB) poliHIPE ve poliMIPE nanokompozitleri hazırlandı. Hazırlanan nanokompozitlerin morfolojik, mekanik ve ısıl özellikleri sürekli faz bileşimi ve oranı, emülgatör türü ve oranı, iç faz oranı ve nanokil oranının değişimine bağlı olarak araştırıldı. Bu amaçla sentezlenen poliHIPE ve poliMIPE nanokompozitlerinin morfolojik özellikleri taramalı elektron mikroskobu (Scanning Electron Microscope, SEM) ile incelenirken yüzey alanları ve gözenek boyutları Brunauer-Emmet-Teller (BET) yöntemi ile ölçüldü. Elde edilen nanokompozitlerin ısıl ve mekanik özellikleri ise sırasıyla termal gravimetrik analiz (TGA), diferansiyel taramalı kalorimetre (Differential Scanning Calorimetry, DSC) ve mekanik test cihazı araştırıldı.

Macroporous and open-cellular polymers are attracting specific interest for wide range of applications due to their advantages yielded from their highly porous and interconnected structure and high surface areas. Emulsion templating is the most simple and effective route for the preparation of macroporous and open-cellular polymers through high and medium internal phase emulsions (HIPEs and MIPEs). HIPEs are defined as concentrated emulsion systems consisting of a high ratio of internal or dispersed phase. The volume fraction (Ø) of the internal phase of a HIPE is usually at least 0.74 of the total emulsion volume, while for a MIPE Ø is between 0.50 and 0.73. For both of the emulsion types, in case of either one or both phases of a HIPE contains monomeric kinds, they can be cross-linked to produce open cellular polymers, so-called polyHIPEs or polyMIPEs. PolyHIPEs and polyMIPEs can be used in many different fields (ion-exchange, filtration, chromatography, tissue engineering, preparation of support materials, and etc.) due to the advantages of their large surface area and low-density. However the real industrial applications are restricted as a result of the poor mechanical properties arised from the open cellular morphology.In this thesis, two different approches were used to improve the mechanical properties of polyHIPEs and polyMIPEs: (i) by changing the monomer composition of the continious phase and (ii) by adding a nanoclay compatible with this phase. Within this respect, by adding various amounts of nanoclay in to the continious phase polyester-co-divinylbenzene (Pes-co-DVB), glycidyl methacrylate-co-1,3-butandiol dimethacrylate (GMA-co-BDDMA) and styrene-co-divinylbenzene (S-co-DVB) polyHIPE and polyMIPE nanocomposites were prepared. The morphological, mechanical and the thermal properties of the prepared nanocomposites were investigated depending on the change of continious phase composition and ratio, emulsifier type and ratio, internal phase ratio and nanoclay ratio. for this aim, the morphological features of the synthesized polyHIPEs and polyMIPEs were investigated with scanning electron microscope (SEM), while the surface areas and pore sizes were measured by Brunauer-Emmet-Teller (BET) method. The thermal and the mechanical properties of the obtained nanocomposites were investigated by thermal gravimetric analysis (TGA), differential scanning calorimetry (DSC) and universal test machine, respectively.