XIII. Uluslararası İzmir Tekstil ve Hazır Giyim Sempozyumu
2-5 Nisan 2014
POLİANİLİN/KARBON SİYAHI ÇÖKTÜRÜLMÜŞ POLYESTER
KUMAŞLARIN ELEKTRİKSEL ÖZELLİKLERİ
İsmail Usta1, H. Ayşen Önen2, Nergis Demirel Gültekin3, Zehra Yıldız3, Onur Atak3
1
Marmara Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, Tekstil Mühendisliği Bölümü, İstanbul, Türkiye,
2
İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Edebiyat Fakültesi, Kimya Bölümü, İstanbul, Türkiye,
3
Marmara Üniversitesi, Teknik Eğitim Fakültesi, Tekstil Eğitimi Bölümü, İstanbul, Türkiye
[email protected]
ÖZET
Son yıllarda iletken tekstiller büyük ilgi görmektedir. Bir tekstil yüzeyi iletken hale, tekstil
yüzeyine iletken malzemeler ekleyerek ya da iletken polimerleri yüzeyde tutundurarak
getirilebilir [1, 2, 3]. Bu alanla ilgili olarak literatürde en çok kullanılan iletken polimerler
polipirol ve polianilindir. Bazı çalışmalarda hem iletken parçacık hem de iletken polimer aynı
yüzeyde kullanılmıştır. Örneğin Kim ve arkadaşları esnek ve elektriksel iletkenliği olan tekstil
yüzeyi elde etmek amacı ile nylon Lycra® dokuma kumaşları elektrosuz nikel/polipirol
kombinasyonu ile kaplamışlardır [4]. Başka bir çalışmada ise, karbonmonooksitin antizehirleme özelliğini ve platin katalistlerin katalitik etkinliğini geliştirmek amacı ile çekirdekkabuk polianilin/karbon siyahı kompozitler üretilip, üzerine platin parçacıklar çöktürülmüştür
[5].
Bu çalışmada, polyester kumaş üzerine polianilin (PANI) ve karbon siyahı (CB) çöktürülerek
iletken tekstil yüzeyleri üretimi amaçlanmıştır. Karbon siyahı parçacıklarına karboksilik
grupların eklenmesi amacı ile bu parçacıklar önce nitrik asit (HNO 3) ile ön işleme alınmıştır.
Kumaş örneklerine, anilin polimerizasyonundaki oksidant oranı değiştirilerek CB/PANI
tabakası çöktürülmüştür. Çöktürülen bu yüzey Fourier Dönüşümlü Infra-red (FTIR)
spektroskopisi ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) analizi ile karakterize edilmiştir. Daha
sonra bu örnekler elektriksel yüzey direnci ve ağırlık artışı açısında ayrı ayrı
değerlendirilmiştir
Anahtar Kelimeler: Karbon siyahı, polianilin, polyester kumaş, iletken tekstiller
DENEYSEL
Analitik saflıkta anilin monomeri Sigma-Aldrich’den, dopant olarak kullanılan ekstra saflıkta
amonyum peroksodisülfat (APS) ise Merck’den temin edilmiştir. Tekstil yüzeyi olarak 118
g/m2 bezayağı dokuma polyester kumaş (34 çözgü/cm, 32 atkı/cm) kullanılmıştır. CB
partikülleri (Vulcan XC72R, 10-20 nm çapında) Cabot Corporation, USA’dan alınmıştır. CB
partikülleri kaynayan 4 mol/L HNO3 çözeltisinde 4 saat süreyle ön işleme tutulmuş, daha
sonar pH 7 olana kadar destile su ile birkaç kez yıkanmış ve etüvde kurutulmuştur. Ön işlemli
CB partiküllerindeki karboksil grupları FTIR spektroskopisi (FTIR; Perkin Elmer Spectrum,
100 ATR-FTIR) ile karakterize edilmiştir. Ön işlemli CB partikülleri kullanılmadan hemen
önce 1 mol/L H2SO4 çözeltisine eklenip ultrasonik banyoda 1 saat karıştırılmıştır. 20 mL 0.2
M anilin çözeltisi ve 20 mL CB/H2SO4 çözeltisi tüm numunelerde kullanılmıştır. Monomer ve
CB çözeltisini karıştırdıktan sonra 10x10 cm boyutlarındaki kumaş numunesi çözeltiye
eklenmiş ve buz banyosunda (0-5 oC) manyetik karıştırıcı ile karıştırılmıştır. 30 dakika sonra
221
XIII. Uluslararası İzmir Tekstil ve Hazır Giyim Sempozyumu
2-5 Nisan 2014
farklı molar oranlarda APS çözeltisi sisteme yavaş yavaş eklenmiştir. Polimerizasyon
reaksiyonu kumaş yüzeyinde yeşil PANI partikülleri oluşana kadar 4 saatte tamamlanmıştır.
Kumaş yüzeyine çöken PANI varlığı ağırlık artışı, SEM görüntüleri (SEM; JEOL Ltd, JSM5910LV) ve yüzey elektriksel direnci (Keithley 6517A Electrometer/High Resistance Meter)
ölçümleri ile ispatlanmıştır.
SONUÇLAR VE TARTIŞMA
Saf ve asit ile ön işlem görmüş CB partiküllerinin FTIR spektrumları Şekil 1’de
görülmektedir.
Buna göre, asit modifikasyonu ile karbonil ve hidroksil piklerinin
şiddetlerinde artış gözlenmiştir. Asit ile ön işlemden sonra 1720 cm-1 ’de karbonil piki
oluşmuştur.
Şekil 1. Saf ve asit modifiyeli CB partiküllerinin FTIR spektrumları
Tablo 1’de farklı dopant konsantrasyonlarında CB/PANI çöktürülmüş polyester kumaş
örneklerinin elektriksel yüzey dirençleri ve ağırlık artışları görülmektedir. Elektriksel
iletkenliğe CB partiküllerinin etkisini gözlemlemek amacı ile en iyi iletkenliğin oluştuğu APS
konsantrasyonu CB ilavesi olmadan üretilmiştir. Sonuçlara göre en iyi iletkenlik değeri ve en
yüksek ağırlık artışı CB içermeyen 0.2 M’lık APS konsantrasyonunda elde edilmiştir.
Tablo 1. CB/PANI çöktürülmüş polyester kumaşların farklı dopant konsantrasyonlarındaki yüzey
direnci ve ağırlık artışı değerleri (1 V, 20 mA’de)
APS Molar Oranı (M)
Ham Kumaş
0.1
0.2
0.2 (CB’siz)
0.3
0.4
Yüzey Direnci (Ω/sq)
8.60x107
3.11x105
2.19x105
1.35x105
2.31x105
8.49x106
Ağırlık Artışı (g)
0.035
0.046
0.061
0.033
0.008
222
XIII. Uluslararası İzmir Tekstil ve Hazır Giyim Sempozyumu
2-5 Nisan 2014
KAYNAKLAR
[1] Cheng KB, Ramakrishna S and Lee KC. Electromagnetic shielding effectiveness of copper/glass
fiber knitted fabric reinforced polypropylene composites. Composites Part A: Applied Science and
Manufacturing. 2000; 31: 1039-45.
[2] Opwis K, Knittel D and Gutmann JS. Oxidative in situ deposition of conductive PEDOT:PTSA
on textile substrates and their application as textile heating element. Synthetic Metals. 2012; 162:
1912-8.
[3] Åkerfeldt M, Strååt M and Walkenström P. Electrically conductive textile coating with a
PEDOT-PSS dispersion and a polyurethane binder. Textile Research Journal. 2013; 83: 618-27.
[4] Kim BC, Innis PC, Wallace GG, et al. Electrically conductive coatings of nickel and
polypyrrole/poly(2-methoxyaniline-5-sulfonic acid) on nylon Lycra® textiles. Progress in Organic
Coatings. 2013; 76: 1296-301.
[5] Bo Q, Yiting X, Yuanming D, Xiaoliang P, Jiangfeng C and Dai L. Polyaniline/Carbon Black
Composite as Pt Electrocatalyst Supports for Methanol Oxidation: Synthesis and Characterization.
Journal of Applied Polymer Science. 2010; 118: 2034-42.
223
Download

polianilin/karbon siyahı çöktürülmüş polyester kumaşların elektriksel