Yapılan Sentezler ve Kompozitlerin Hazırlanması

Yapılan çalışma üç bölümden oluşmaktadır.

Birinci bölümde; İletken takviye olarak kullanılacak ikili kalkojenit camsı bileşik

olan As2S3-TlS ve As2Se3-TlS (SG) sentezleri yapılmıştır. Matris olarak kullanılan epoksi reçinesine farklı oranlarda (kütlece % 1-15 arası) SG iletken takviye ilave edilerek polimer kompozitler elde edilmiştir.

İkinci bölümde; Oligo(eter-ester) sentezlenerek farklı oranlarda (kütlece % 3-10

arası) iletken takviye (As2S3-TlS ve As2Se3-TlS) ilave edilerek polimer kompozitler elde edilmiştir.

Üçüncü bölümde; Sentezlenen polianilin epoksi reçinesine farklı oranlarda

(kütlece % 3-15 arası) ilave edilmiş ve iletkenlik açısından en uygun oran belirlenmeye çalışılmıştır. Bu oran sabit tutularak iletken polimer kompozite farklı oranlarda (% 10- 30) andezit atığı eklenmiştir.

Her bir bölümden elde edilen iletken polimer kompozit numunelerinin elektriksel, mekanik, termal ve kaplama özellikleri incelenmiştir.

3.3.1. Epoksi reçine (ER)/yarı iletken takviye (SG) kompozitinin eldesi

3.3.1.1. Camsı bileşik (SG) sentezi

Camsı bileşiklerin erime sıcaklığı bileşiği oluşturan yapılara bağlıdır. Arsenik (As) içeren camsı bileşikler yaklaşık 700-800 ºC erime sıcaklığına sahiptir. Şekil 1.16’daki kuartz ampül içine yerleştirilen camsı bileşik 15-20 saatte camsı eriyik haline getirildi. Daha sonra oda sıcaklığında soğutuldu (Lezal ve ark., 1998; Lezal, 2003).

As2S3-TlS ve As2Se3-TlS camsı bileşikleri kuartz ampül içinde saf elementlerden doğrudan farklı mol oranlarında sentezlendi. 600-700 °C sıcaklıkta 16 saatte erime gerçekleştirildi ve ampüller hava ile soğutuldu. Elde edilen cam malzemelerin yaklaşık 20 °C’da 100 saatte tavlama işlemi yapıldı ve SG1, SG2, SG3 ve SG4 elde edildi. Daha sonra toz haline getirilerek partikül büyüklüğü <106 µm olacak şekilde elekten geçirildi.

İletken takviye olarak sentezlenen sülfürlerin ve selenürlerin bazı özellikleri Çizelge 3.5’te, elde edilen SG1, SG2, SG3 ve SG4’ün özellikleri ise Çizelge 3.6’da verilmiştir.

Çizelge 3.5. Sülfürlerin ve selenürlerin bazı özellikleri Bileşik Yoğunluk (103 g/cм3) Mikrosertlik (MPa) Elektriksel iletkenlik (S cm-1) As2S3 3,48 1180 - 1450 10-16 - 10-18 As2Se3 4,58 128 – 140 10-12 - 10-13 TlS 7,62 800 3,7 ×10-3

Çizelge 3.6. SG camsı bileşiklerin özellikleri

İletken takviye İçerik Mol oranı Bileşik d (g/cm3) SG1 As2Se3-TlS 1:3 Tl3As2S3Se3 7,12 SG2 As2Se3-TlS 1:1 TlAs2Se3S 6,25 SG3 As2S3-TlS 1:3 Tl3As2S6 6,55 SG4 As2S3-TlS 1:1 TlAs2S4 5,41

SG katkı maddeleri yaklaşık 10 g iyot içeren vakum ekstraktör içine yerleştirildi ve katkılanmaları sağlandı.

3.3.1.2. ER/SG kompozitlerinin oluşturulması

Epoksi matris ile yarı iletken takviye maddeleri (SG’ler) farklı ağırlık oranlarında (% 1, % 3, % 5, % 7, % 10 ve % 15) önce 3 saat Heidolph RZR1 karıştırıcı ile karıştırıldı, daha sonra iyi bir dağılım elde etmek için 60 ºC sıcaklıkta 60 dakika ultrasonik banyoda bekletildi. Kütlece % 30 Polipox setleştirici ve % 1 epoksi hızlandırıcı eklenerek numuneler tekrar karıştırıldı. Bu şekilde elde edilen kompozitler ASTM D 638 standartlarına göre hazırlanan kalıplara döküldü. Kalıplar oda sıcaklığında 60 dakika bekletilerek numunelerin hava kaparcıkları giderildi. Etüv içerisinde 72 saat süreyle sıcaklık 40 ºC’dan 120 ºC’a artırılarak kompozitler setleştirildi.

3.3.2. Oligo(eter-ester) (OEE)/yarı iletken takviye (SG) kompozitinin eldesi

3.3.2.1 Oligo(eter-ester) (OEE) sentezi

sıkı kapatıldı. Balon 0 ºC sıcaklıkta hazırlanan su-buz banyosuna konularak termometre ve karıştırıcı ile donatılmış sisteme yerleştirildi. Karışım sürekli karıştırılarak gerekli sıcaklığa ulaştığında içerisine kütlece % 1 katyonik katalizör (BF3O(C2H5)2) ilave edilip, 4 saat reaksiyon süresi boyunca değişiklikler gözlendi. Reaksiyon sıcaklığı deney boyunca sabit tutuldu. Süre sonunda reaksiyon ortamına katalizörün aktifliğini durdurmak için 1 mL metanol eklendi, girdi bileşenlerinin fazlası ve metanol vakum destilasyon cihazında 53 °C sıcaklık ve 2 mmHg basınç’ta ortamdan uzaklaştırıldı. Vakum sonrası oligo(eter-ester) verimi ise balonun son tartımı alınarak hesaplandı (Soydal, 2007).

3.3.2.2. OEE/SG kompozitlerinin oluşturulması

Oligo(eter-ester), kütlece % 30 kadar divinilbenzen ve ikili yarı iletken katkı maddeleri (SG’ler) farklı ağırlık oranlarında (% 3, % 5, % 7 ve % 10) karıştırıldı. Önce 3 saat Heidolph RZR1 karıştırıcı ile, daha sonra iyi bir dağılım elde etmek için 60 ºC sıcaklıkta 60 dakika ultrasonik banyoda bekletildi. Kütlece % 1 benzoil peroksit katalizörü eklendi ve karıştırıldı. Elde edilen numuneler sonra ASTM D 638 standartlarına göre hazırlanan kalıplara döküldü ve hava kabarcıklarının gitmesi için oda sıcaklığında 60 dakika bekletildi. Etüv içerisinde 2 gün süresince 40 ºC’dan 80 ºC’a arttırılarak, daha sonra 2 gün de 100 ºC’da bekletilerek kompozitler oluşturuldu.

3.3.3. Epoksi reçine(ER)-Polianilin(PANİ)/andezit atığı iletken kompozit eldesi

3.3.3.1. Polianilin (PANİ) sentezi

Polianilin kimyasal oksidatif polimerizasyon yöntemiyle sentezlenmiştir. Anilin hidroklorür 0,04 M etanol içerisinde, amonyum persülfat ise 0,05 M distile su içerisinde çözüldü. Oksitleyici çözelti ve monomer çözeltisi bulunan beher oda sıcaklığında manyetik karıştırıcıya yerleştirildi. 24 saat süreyle karıştırma sonrası koyu yeşil çözelti elde edildi. Böylece polianilinin emeraldin tuz formu elde edilmiş oldu. Çözelti vakum altında süzgeç kağıdından süzüldü. Süzgeç kağıdında biriken polianilin 0,2 M HCl çözeltisiyle açık renk su dökülene kadar yıkama işlemi yapıldı. Yıkama işlemiyle reaksiyona girmeyen monomerler uzaklaştırılmaya çalışıldı. Elde edilen numuneler 60

ºC sıcaklıkta etüvde bir gün süreyle kurutuldu. Partikül büyüklüğü < 63 µm olacak şekilde havan ve elek kullanarak toz haline getirildi.

3.3.3.2. ER’nin PANİ ile modifiye edilmesi ve ER-PANİ/andezit atığı kompozitlerinin oluşturulması

Epoksi reçine ile iletken PANİ farklı kütle oranlarında (% 3, % 5, % 7, % 10 ve % 15) önce 3 saat mekanik olarak (1200 rpm hızında) karıştırıldı, daha sonra 60 ºC sıcaklıkta 60 dakika ultrasonik banyoda bekletildi. Kütlece % 30 Polipox sertleştirici ve % 1 epoksi hızlandırıcı eklendikten sonra numuneler ASTM D 638 standartlarına göre hazırlanan kalıplara döküldü. Kalıplar oda sıcaklığında 60 dakika bekletilerek numunelerin hava kaparcıkları giderildi. Etüv içerisinde 24 saat süreyle sıcaklık 40 ºC’tan 120 ºC’a artırılarak modifiye epoksi setleştirildi.

PANİ ile modifiye epoksi reçinenin elektrik iletkenlik ölçümleri yapılarak en uygun PANİ oranı belirlendi. Bu oran sabit tutularak andezit atığının farklı oranlarında kompozitler elde edildi.

Epoksi reçineye belirlenen uygun oranda PANİ ve takviye malzemesi olarak andezit atığı (partikül büyüklüğü < 63 µm) farklı kütle oranlarında (% 10, % 15, % 20, % 25 ve % 30) karıştırıldı. Önce 3 saat mekanik olarak karıştırıldı, daha sonra 60 ºC sıcaklıkta 60 dakika ultrasonik banyoda bekletildi. Kütlece % 30 Polipox sertleştirici ve % 1 epoksi hızlandırıcı eklenerek ASTM D 638 standartlarına göre hazırlanan kalıplara döküldü. Kalıplar oda sıcaklığında 60 dakika bekletilerek numunelerin hava kaparcıkları giderildi. Etüv içerisinde 3 gün süresince 40 ºC’den 120 ºC sıcaklığa artırılarak kompozitler setleştirildi.