Epoksi Reçine ile Yapılan Çalışmalar

Çalışmalarda iletken polimer kompozitler yoğun olarak kimyasal ve elektrokimyasal yöntemler kullanılarak elde edilmektedir. Matris olarak genellikle epoksi reçine (Mansour ve ark., 2007; Novak ve ark., 2002; Strzelec ve Pospiech, 2008), polietilen (Yavaş, 2007; Ömürlü, 2009), polyester (Vilcakova ve ark., 2000; Feller ve ark., 2004b), poli(etilen teraftalat) (Aydın, 2007; Çetin, 2007) gibi yalıtkan malzemeler kullanılarak karbon siyahı, karbon lifleri, karbon nanotüp, grafit, alüminyum silikat ve metal tozları gibi iletken takviyelerle ve poliasetilen, polianilin, polipirol, poliindol gibi iletken polimerlerle iletken polimer kompozitler elde edilebilmiştir. İletken matris olarak ise polianilin (Türkaslan, 2006; Akgöz, 2008), polipirol (Cucchi ve ark., 2008; Demir, 2008; Yuse ve ark., 2011), poliindol (Sarıkaya, 2007; Erişti, 2006) kullanılarak silisyum dioksit, ince cam, kalsiyum karbonat, killer gibi takviyelerle kompozitler oluşturulmuştur. Elde edilen kompozitler Fourier Transform İnfrared (FTIR), Termal Gravimetrik Analiz (TGA), Taramalı Elektron Mikroskopisi (SEM), X-ışını kırınım (XRD) analizleri yapılarak karakterize edilmiştir.

2.1. Epoksi Reçine ile Yapılan Çalışmalar

Epoksi reçine diğer polimer matrislere göre pahalı olmasına rağmen, üstün mekanik özellikleri, korozif sıvılara ve ortamlara dayanımı, üstün elektriksel özellikleri, yüksek ısı derecelerine dayanımı gibi birçok özelliğinden dolayı kompozitler için en çok tercih edilen polimer matrisler arasındadır. Daha önceki çalışmalarda epoksi reçinelere çeşitli yapılara sahip maddeler katılımı ile elde edilen kompozit materyallerin yüksek mekanik, sertlik, adezyon, yüksek sıcaklıkta bozunmaya karşı dayanıklılık gibi özelliklere sahip olduğu belirlenmiştir (Ahmetli ve ark., 2012a; Ahmetli ve ark., 2012b; Ahmetli ve ark., 2012c; Ahmetli ve ark., 2013). Sanayide üretilen çeşitli epoksi reçinelerine takviye maddesi olarak kullanılan organik ve inorganik elyaflar, cam, karbon, boron gibi maddeler elde edilen epoksi kompozit materyallerine yüksek dayanıklılık, sertlik gibi özellikler kazandırmaktadır (Goodman, 1998).

Balci ve ark. (1995) tarafından yapılan çalışmada bisfenol-A bazlı epoksi reçinesi ile poliakrilik asit kullanılarak polipirol (PPy) iletken polimer kompozitleri hazırlanmıştır. Kompozitte çapraz bağlayıcı olarak amin sertleştiriciler ve 60Co radyasyon kürü kullanılmıştır. Elde edilen kompozitlerin iletkenlik testleri yapılmış,

zeta potansiyel ölçümleri (ZP) alınmış ve FTIR ile karakterize edilmiştir. Elde edilen kompozitlerin iletkenliği % 15 PPy ile 4×10-3 S cm-1, %30 PPy ilavesi ile 3×10-2 S cm- 1

’dir. Dağılım metodu ile elde edilen kompozitlerin iletkenliği ise % 25 PPy ilavesi ile 9×10-4 S cm-1, % 65 PPy ilavesi ile ise 2×10-2 S cm-1 değerindedir.

Mansour ve ark. (2007) epoksi akrilat trifenil fosfen katalizörlüğünde epoksi reçinesine akrilik asit katarak kompozitler elde etmiştir. Elde ettikleri kompozitlerin yapısını IR ve NMR spektrometreleri ile aydınlatmışlardır. Epoksi ve epoksi akrilat kompozitlerin sırasıyla farklı konsantrasyonlarda mika, magnezyum hidroksit ve kalsiyum silikat ile karışımlarını hazırlamışlar ve bu hazırlanan kompozitlerin 30 ºC sıcaklıkta 102-106 Hz frekans aralığında elektriksel geçirgenliklerini ölçmüşlerdir. En yüksek serlik değerlerini kalsiyum silikat ile elde etmişler ve bunu mika ve magnezyum hidroksit takip etmiştir.

Diğer bir çalışmada bir epoksi reçinesine elektroiletken olan karbon siyahı, grafit ve gümüş kaplanmış bazalt partikülleri takviyesi yapılarak kopmada uzaması ve elektriksel iletkenliği incelenmiştir. Perkolasyon konsantrasyonları epoksi/karbon siyahı kompozitleri için hacimsel olarak % 14, epoksi/grafit kompozitleri için % 22, epoksi/gümüş kaplı bazalt partikülleri için ise % 28-29 olarak bulunmuştur. Elektriksel iletkenlikte en keskin artış ve kırılmada uzamada en keskin azalma, araştırılan bütün sistemlerde benzer dolgu maddesi konsantrasyonu aralığında meydana gelmiştir (Novak ve ark., 2002).

Tsotra ve Friedrich (2002), epoksi reçine içinde karbon liflerinin homojen dağılımını elde etmeye çalışmışlardır. Kompozitin elektriksel iletkenliğini ölçmek için iki nokta tekniği kullanmışlardır. Ayrıca materyalin mekanik özellikleri üzerine dolgu maddelerinin etkisini de incelemişlerdir.

Başka bir çalışmada bir amin-fonksiyonel ajanı ve bisfenol-A’nın digilisidil eterinin bir seri grafen/epoksi kompozit filmler hazırlanmıştır. Hazırlanan kompozitlerin yapıları ve elektriksel özellikleri kütlece % 0–10 grafen oranlarında incelenmiştir. X- Işını Kırınımı ve TEM görüntülerinden grafen nonoplakalarının, epoksi reçine içerisinde iyi dağılım gösterdiği gözlenmiştir. Kompozit filmlerin grafen oranı arttıkça (özellikle % 1-2) elektriksel direnci 1013’den 103’e düşmüştür. Isıya göre elektriksel özellik davranışı incelenmiş ve kompozit filmlere uygulanan voltaj kadar grafen içeriğinin de bu davranışa etkisinin çok yüksek olduğu bulunmuştur (An ve Jeong, 2013).

Diğer bir çalışmada kütlece % 0,5 kil eklenmesi, CB dolgulu epoksi kompozitin elektriksel iletkenliğini artırmıştır. Fakat mekanik özelliklerinde önemli bir gelişme gözlenmemiştir. Kütlece 1:2 olan kil:CB oranında oluşturulan kompozitlerin elektriksel iletkenlik ve depo modüllerinde aynı anda artış gözlenmiştir (Etika ve ark., 2009).

Zhang ve ark. (2007a) tarafından yapılan çalışmada epoksi reçine-karbon siyahı- silika nanokompozitlerin elektriksel özelliklerini, karbon siyahının iletkenliği ve silikanın “ağ” yapısı etkilemiştir. Yüksek katı bileşimlerden dolayı nanokompozitlerde gözlenen kırılmalar iletkenliğin düşmesine neden olmuştur. Silika ve karbon siyahı ile doldurulan boşlukların çapraz bağlanma derecesinin azalmasına neden olduğunu belirlemişlerdir.

Zhang ve ark. (2007b) başka bir çalışmasında epoksi reçine- karbon siyahı (CB)- silika nanokompozitinin silika bileşiminin artmasıyla karbon siyahı (CB) partiküllerinin tamamiyle dağıldığını ve doğrudan partikül teması ve bir tünel etkisiyle CB partikülleri arasındaki iletkenlik ağının oluşumuna katkı sağladığını bulmuşlardır. Burada ele alınan epoksi reçine-CB-silika nanokompozitin maksimum iletkenliğinin 0,6:1,0 (SiO2:CB) oranında olduğunu ortaya koymuşlardır. İletken olmayan bir komponent olarak aşırı silika eklenmesinin elektron akışına engel olduğu ve düşük iletkenliğe neden olduğunu bulmuşlardır.

Diğer çalışmada iletken polimer kompozitlerde dolgu maddesi olarak kullanılan metal tozlarının (bakır, nikel ve demir) elektriksel iletkenliği üzerinde basınç etkisi araştırılmıştır. Uygulanan basıncın, P, bir fonksiyonu olarak metal tozların iletkenliğinin bulunması için r = k( P-P0)n eşitliğini kullanmışlardır. Küçük ve büyük bakır partikülleri ile metal tozlarının iletkenlikleri, dolgu maddesi olarak kullanılan aynı tozlarla epoksi reçine bazlı polimer kompozitlerin iletkenlikleri karşılaştırılmıştır (Mamunya ve ark., 2004).

Strzelec ve Pospiech (2008), elektriksel olarak iletken polidiüretan alüminyum dolgulu epoksi kompozitleri geliştirmişler ve karakterize etmişlerdir. İletken dolgu maddesi dağılımını ve epoksi matrisin morfolojisini SEM (Taramalı Elektron Mikroskopu) ve EDX (Enerji Dağılımlı X-ışını Analizi) ile aydınlatmışlardır. Mikroskopi gözlemleri iletken epoksi kaplamalarının iletkenlik davranışlarını ve mekaniksel özelliklerini inceleme imkanı sağlamıştır. Etki gücü ölçümlerinden ve adezyon testlerinden, polimerleşme koşullarının epoksi-polidiüretan kompozitlerinin özelliklerini önemli derecede etkilediğini ortaya koymuşlardır.

Feller ve ark. (2002) farklı oranlarda kısa karbon liflerini (SCF), polyester ve epoksiye ilave ederek elde ettikleri iletken polimer kompozitlerin (CPC) mekaniksel ve elektriksel özelliklerini incelemişlerdir. Perkolasyon eşiğine polyester matrise SCF’nin hacimce yaklaşık % 1 ilavesi ile ulaşılmıştır ve polyester matris ile daha yüksek iletkenlik değerleri elde etmişlerdir. Hacimce % 3 kadar SCF ile Young modülleri ve özgül direnç arasında iyi bir korelasyon olduğunu bulmuşlardır.

Rong ve ark. (1999) tarafından yapılan çalışmada gümüş nanopartikül/çözücü süspansiyonunun ve gümüş partikül/epoksi reçinesi karışımlarının elektriksel iletkenlik özellikleri incelenmiştir. Gümüş nanopartikül süspansiyonu için, partikül konsantrasyonunun artması, partikül yığılmasına neden olduğundan iletkenlik yolunun oluşumu için elverişsiz bir ortam oluşturmuştur. Gümüş/epoksi karışımı sıcaklık artırılması ile benzeri değişimler gözlemlenmiştir.

Başka bir çalışmada, saf epoksi ve epoksi/hematit nanokompozitlerinin elektriksel özellikleri araştırılmıştır. Fe2O3 nanorodlarının epoksi matris üzerine etkisi olarak elektriksel ölçümlerinde dolgu maddelerinin camsı geçiş sıcaklığının altında ve üstünde farklı etkiler gösterdiği gözlemlenmiştir. Büyük boyutlu nanorodlar epoksitin camsı geçiş sıcaklığını artırmış ve yüksek frekans/düşük sıcaklık bölgesinde elektriksel geçirgenliğini azaltmıştır. Camsı geçiş sıcaklığının üstündeki sıcaklıklarda ve düşük frekanslarda nanopartiküller saf matrisin elektriksel geçirgenliğini artırmış, oluşan kompozit mikrokompozit- benzeri davranışlar sergilemişlerdir (Dudic ve ark., 2008).

Epoksi kompozitler karbon siyahı (CB)’nın yüksek orandaki konsantrasyonlarında iyi derecede elektriksel ve termal kararlılık gösterirler. Tantawy ve ark. (2002) yaptıkları çalışmada epoksi kompozitin ağ yapısında CB’nın etkisini, CB takviye miktarı, iletken partiküller arasındaki mesafeyi ve çapraz bağ yoğunluğunu, SEM ile araştırmışlardır. Perkolasyon teorisi ile açıklandığı şekliyle yalıtkan epoksi matrisin iletkenliğinin CB oranı yükseldikçe arttığını bulmuşlar ve CB’nın farklı kontrasyonlarında ve farklı sıcaklıklarında epoksi kompozitin elektriksel iletkenlik üzerindeki etkisini incelemişlerdir. Sonuç olarak epoksi-CB kompozitlerinin iyi bir termal kararlılık gösterdiğini ve ısı cihazlarında kullanma imkanı olabileceği sonucuna ulaşmışlardır.

Diğer bir çalışmada, karbon siyahı ve epoksi reçinesinin katodik elektro- yüklemesi ile kompozit filmleri hazırlanmıştır. Filmler sıcaklığın arttırılması ile yarı iletken davranış göstermiştir. İletken örnekler camsı geçiş sıcaklığınn altında ve üstündeki sıcaklıklarda pozitif sıcaklık sabiti göstermiştir. Kompleks dielektrik sabitleri

sırasıyla 0,2 ve 0,8’dir. Ve bu değerler bütün CB içerikli çalışmalar için sabit olduğu sonucuna ulaşmışlardır (Rastegar ve Ranjbar, 2008).