Chemical modification of polyacrylonitrile fibers, deposition of silver particles on to the modified fibers and investigation of their some properties


Thesis Type: Postgraduate

Institution Of The Thesis: Ankara Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Turkey

Approval Date: 2018

Thesis Language: Turkish

Student: ZEYNEP OKAY

Supervisor: MEHMET SAÇAK

Abstract:

Bu tez çalışmasında, sentetik lif endüstrisinde önemli bir yere sahip olan poli(akrilonitril) (PAN) liflerin yüksek miktarlarda Ag parçacıklar içeren kompozitlerinin hazırlanması amaçlandı. Bu nedenle saf PAN life göre lif yapısında daha fazla miktarda Ag+ iyonu tutunmasını sağlamak ve daha sonrasında indirgenerek Ag parçacıklarının elde edilebilmesi için PAN lif yüzeyinin 2 farklı kimyasal yolla modifikasyonu gerçekleştirildi. İlk modifikasyon yönteminde lif alkali ortamda hidroliz edildi. İkinci yöntem de ise aşı kopolimerizasyon tekniği kullanıldı ve lif yüzeyi COOH ve NH2 fonksiyonel grupları içeren akrilik asit (AA), itakonik asit (IA), akrilamit (AAm) ve bu monomerlerin belli oranlarda karışımlarının benzoil peroksit (BPO) başlatıcısı yardımıyla aşılanması ile modifiye edildi. Modifiye edilmiş liflere emdirilen AgNO3 çözeltisi ile life tutunan Ag+ iyonları NaBH4 indirgeni ile Ag parçacıkları şeklinde lif yüzeyine çöktürüldü. Alkali hidroliz işleminde hidroliz süresinin lifin hidroliz derecesine ve tutunan Ag parçacık miktarı üzerine etkisi incelendi. Aşı kopolimerizasyon işlemlerinde de monomer türünün ve karışım aşılanmasında monomer oranının aşılama verimi üzerine etkisi incelendikten sonra, genel olarak bütün lif kopolimerde aşılama veriminin lif yapısında çöken Ag parçacık miktarına etkisi incelendi. Çalışmada modifiye edilmiş liflerin yapısının aydınlatılmasında FTIR (Fourier dönüşümlü infrared spektrofotometre) ve 1H-NMR (Nükleer magnetik rezonans spektrofotometresi) teknikleri kullanıldı. PAN lifin aşılama ve Ag parçacıklarının katılması ile termal dayanım ve kararlık değişimi ile lif yapısındaki metalik Ag parçacıklarının miktarları TGA (Termogravimetrik analiz) analizi ile belirlendi. Modifiye edilmiş liflerin ve Ag parçacık ile kompozitlerinin saf PAN life göre morfolojisindeki değişim SEM (Taramalı elektron mikroskobu) tekniği ile izlendi. Hazırlanan örneklerin Escherichia coli ve Staphylococcus aureus bakterilerine karşı antibakteriyel aktiviteleri takip edildi. Aynı zamanda Ag parçacık kompozitlerinin elektriksel yüzey dirençlerinin yüksek olduğu ve iletkenlik değerlerinin 10-8 Ω/cm2 düzeyinde olması sebebiyle düzenli bir iletkenlik takibi yapılmadı. In this work, it was aimed to prepare PAN (polyacrylonitrile) fiber composites containing high amounts of silver particles, which are one of the most important polymers used in synthetic fiber industry. For this purpose, PAN fiber surface was modified in two different chemical ways in order to obtain more amount of Ag+ ion in fiber structure than pure PAN fiber and then to be reduced to obtain Ag particles. In the first modification process fiber was hydrolyzed in alkaline environment. In the second process graft copolymerization technique was used and the fiber surface was modified by grafting of some monomers, which are contain COOH and NH2 functional groups, such as acrylic acid (AA), itaconic acid (IA), acrylamide (AAm) and in certain ratio of their mixtures with benzoyl peroxide (BPO) inidiator. Ag+ ions were precipitated to modified fiber surface in the form of Ag particles by NaBH4 reduction with AgNO3 solution. In alkaline hydrolysis process the effect of the hydrolysis time on the degree of hydrolysis of the fiber and amount of Ag particle was investigated. In the structural characterization of graft copolymer fibers, FTIR (Fourier transform infrared spectroscopy) and 1H-NMR (Nuclear magnetic resonance spectroscopy) techniques were used. The amount of metallic Ag particles in the fiber structure and the change of thermal strength and stability, resulting from grafting and the addition of Ag particles to PAN fiber were determined by TGA (Thermogravimetric analysis) analysis The change in morpholgy of modified fibers and Ag particle composites than pure PAN fiber was monitured by SEM (Scanning electron microscope) technique. Antibacterial activities of prepared samples were followed against Escherichia coli and Staphylococcus Aureus bacteria. At the same time, stable conductivity was not observed because of the electrical surface resistances of Ag composites were high and conductivity values were at 10-8 Ω/cm2 levels.