Optimization of Conductivity Properties of Nanoparticle Added Polymer Surfaces

Abstract

It was aimed to produce polyester films by using conductive nanomaterials within this study. Surface resistivity of the film surfaces was evaluated by using Waterun Sl-030 model surface resistivity meter device. Obtained film surfaces were analyzed for material characterization by using Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR), differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetric analyzer (TGA) and scanning electron microscopy (SEM). Furthermore, since the conductive yarn production is planned as an extension of this project, viscosity tests were also conducted for the films. Among the nanoparticle added polyester films, carbon added samples revealed a conductive property with the surface resistivity of 10^5 ohm/s while graphene added samples indicated an antistatic property with the surface resistivity varying between 10^5 ile 10^11 ohm/s. In addition, as a general result, it is observed that with the increase in the nanoparticle particle ratio (%), the conductivity of the film materials increases especially in graphene and carbon-added film materials while, there is no dramatic change in thermal properties.

Keywords

• conducting polymer nanoparticles
• carbon nanotube
• masterbatch
• thin film technologies

NANOPARTİKÜL KATKILI POLİMER YÜZEYLERİN İLETKENLİK ÖZELLİKLERİNİN OPTİMİZASYONU

Abstract

Bu çalışma kapsamında iletken nano malzemeler (çok duvarlı nano karbon, grafen, Nikel Oksit, Baryum Titanat, Demir Oksit) kullanılarak poliester film üretimi amaçlanmıştır. Film yüzeylerin iletkenlik ölçümlerinin tespiti için Waterun Sl-030 yüzey özdirenç ölçer kullanılmıştır. Elde edilen filmler malzeme karakterizasyonu için Fourier Dönüşümlü Infrared Spektroskopisi (FT-IR), Diferansiyel Taramalı Kalorimetre (DSC), Termal Gravimetrik (TGA) ve SEM EDX analizlerine tabi tutulmuştur. Ayrıca bu çalışmanın devamı niteliğinde iletken iplik üretilebilirliği de hedeflendiğinden elde edilen filmlerin viskozite testleri de yapılmıştır. Farklı nanopartikül katkılı poliester film yüzeyler arasından 10^5 ohm/s yüzey özdirenci gösteren karbon katkılı filmler iletken özellik göstermiş olup, yüzey özdirenç değerleri 10^7 ile 10^10 ohm/s arasında değişen grafen katkılı filmler ise antistatik özellik göstermiştir. Ayrıca genel bir sonuç olarak nanopartikül katkı oranı (%) artışı ile özellikle grafen ve karbon katkılı film malzemelerde iletkenlik artarken termal özelliklerde dramatik bir değişim olmadığı gözlenmiştir.

Keywords

• iletken polimer nanoparçacıklar
• karbon nanotüp
• ince film teknolojileri
• masterbatch

References

1. Altın, Y., Güngör, S., & Bedeloğlu, A. Grafen ve İletken Polimer Katkılı Uzayabilen Kompozit Nanoliflerin Üretilmesi ve Özelliklerinin İncelenmesi. (2020). 1. Uluslararası Lif ve Polimer Araştırmaları Sempozyumu, 13-14 Mayıs 2016, Bursa, Türkiye.
2. Bertuleit K., (1990). “Conductivity of Silver-coated Polyamides”, Melliand Textilberichte, 71, pp 969-970.
3. Can, K., Ozmen, M., Ersoz, M., (2009). “Immobilization of albumin on aminosilane modified superparamagnetic magnetite nanoparticles and its characterization”. Colloids S. 71,154–159. doi:10.1016/j.colsurfb.2009.01.021
4. Chiang, W. Y., & Cheng, K. Y. (1997). Processing conditions for electromagnetic interference shielding effectiveness and mechanical properties of acrylonitrile‐butadiene‐styrene based composites. Polymer composites, 18(6), 748-756.
5. Çelen, R., & Ulcay, Y. (2018). Baryum Titanatın Tekstilde Elektromanyetik Kalkanlama Uyg.Kullanımı. Uludağ University Journal of The Faculty of Engineering,23(2), 29-44.doi: 10.17482/uumfd.398903
6. Eren S., Ulcay Y., (2015). "EMR Koruma Amaçlı Bi- Komponent Poliester Lif Üretimi ve EMR Kalkanlama Özelliğinin incelenmesi ”, Tekstil ve Konfeksiyon 25.2: 140-147.
7. Fugetsu, B., Akiba, E., Hachiya, M., & Endo, M. (2009). The production of soft, durable, and electrically conductive polyester multifilament yarns by dye-printing them with carbon nanotubes. Carbon, 47(2), 527-530. Doi: 10.1016/j.carbon.2008.11.013
8. Kaniyoor, A., Baby, T. T., & Ramaprabhu, S. (2010). “Graphene synthesis via hydrogen induced low temperature exfoliation of graphite oxide”. Journal of Materials Chemistry, 20(39), 8467-8469. Doi: 10.1039/c0jm01876g

9. Kılıç, Esra. (2019). “Grafen Esaslı Yeşil Nanokompozitlerin Hazırlanması, Karakterizasyonu ve Çeşitli Uygulamalarda Kullanılması”, Haccettepe Üni. Kimya Abd, Doktora Tezi, Ankara.
10. Köytepe, S. Vural S., Seçkin T., 2010. BaTiO3-Poliimid Nanokompozitlerinin Hazırlanması ve Elektriksel Özelliklerinin Belirlenmesi. 24. Ulusal Kimya Kong.29.06-02.07, Zonguldak
11. Li, J. (2008). “Interfacial studies on the O3 modified carbon fiber-reinforced polyamide 6 composites”, Applied Surface Science, 255(5), 2822-2824. http://dx.doi.org/10.1016/j.apsusc.2008.08.013
12. Luo, H.,Xiong, G., Ma, C., Li, D., &Wan, Y. (2014). “Preparation and performance of long carbon fiber rein forced polyamide 6 composite sinjection-molded fromcore/shell structured pellets”, Materials& Design, 64, 294-300. Doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.matdes.2014.07.054
13. Ma, P. C., Tang, B. Z., & Kim, J. K. (2008). Effect of CNT decoration with silver nanoparticles on electrical conductivity of CNT-polymer composites. Carbon, 46(11), doi: 1497-1505. 10.1016/j.carbon.2008.06.048
14. Ma, M., Zhang, Y., Yu, W., Shen, H., Zhang, H., Gu, N., (2003) . Preparation and characterization of magnetite nanoparticles coated by amino silane. Colloid Surface, A 212, 219-226. doi: https://doi.org/10.1016/S0927-7757(02)00305-9
15. Min, C., Liu, D., Shen, C., Zhang, Q., Song, H., Li, S., ... & Zhang, K. (2018). Unique synergistic effects of graphene oxide and carbon nanotube hybrids on the tribological properties of polyimide nanocomposites. Tribology International, 117, 217-224. Doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.triboint.2017.09.006
16. Mirik, M. (2010). “Karbon nanotüp takviyeli yüksek yoğunluklu polietilen (YYPE) nanokompozit malzemelerin mekanik özelliklerinin araştırılması”. 2010. PhD Thesis. Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü.
17. Özkan, İ., & İlhan, İ. (2019). “Metal Kompozit Şönil İpliklerden Üretilmiş Örme Kumaşların Elektriksel, Antibakteriyel ve Performans Özelliklerinin Araştırılması”, Uludağ University Journal of The Faculty of Engineering, 24(2), 115-126. Doi: 10.17482/uumfd.480895
18. Paulchamy, B., Arthi, G., & Lignesh, B. D. (2015). “A simple approach to stepwise synthesis of graphene oxide nanomaterial”. J Nanomed Nanotechnol, 6(1), 1. Doi: 10.4172/2157-7439.1000253
19. Perepelkin, K. E., (2001). “Chemical fibers with specific properties for industrial application and personel protection”, JIT, 31(2), 87-102. doi:10.1106/XU8H-C5J5-8BLT-2EAO
20. Perrot, C., Piccione, P. M., Zakri, C., Gaillard, P., &Poulin, P., (2009). “Influence of the spinning conditions on the structure and properties of polyamide 12/carbon nanotube composite fibers”, Journal of Applied polymer science, 114(6),3515-3523.doi: 10.1002/app.30875
21. Sabet, M., Soleimani, H., & Mohammadian, E. (2019). Effect of Graphene and Carbon Nanotube on Low‐Density Polyethylene Nanocomposites. Journal of Vinyl and Additive Technology, 25(1), 35-40. Doi: 10.1002/vnl.21643
22. Sandler, J.K.W., Pegel, S., Cadek, M., Gojny, F., Van Es, M., Lohmar, J., &Shaffer, M.S.P. , (2004). “A comparative study of meltspun polyamide-12 fibres rein forced with carbon nanotubes and nanofibres”, Polymer, 45(6), 2001-2015.Doi: 10.1016/j.polymer.2004.01.023
23. Shim, B.S., Chen, W., Doty, C., Xu, C. Kotov, N.A., (2008), Smart Electronic Yarns and Wearable Fabrics for Human Biomonitoring made by Carbon Nanotube Coating with Polyelectrolytes, , 8, 12, 4151-4157. 10.1021/nl801495p
24. Subbiah, T., Bhat, G.S., Tock, R.W., Parameswaran, S., Ramkumar, S.S., (2005), “Electro spinning of Nanofibers, Journal of Applied Polymer Science”, Vol. 96, 2005, 557–569. Doi: 10.1002/app.21481
25. Tao, X. (Ed.). (2001). Smart fibres, fabrics and clothing: Fund.and Applications. Elsevier.
26. TS EN 1149-1 Koruyucu giyecekler - Elektrostatik özellikler - Bölüm 1: Yüzey öz direnci.
27. Toyo Boseki K KK (Miramura H. , Yosflida F.and Shimura T.) US Pat. 5248486, 1993.
28. Tural, R. (2014), İletken Bikomponent İplik Üretimi, Yüksek Lisans Tezi, Uludağ Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Tekstil Mühendisliği Anabilim Dalı, Bursa
29. Utku, G. (2018). Tek tabakalı grafenin sentez parametrelerinin incelenmesi (Master's thesis, Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi/Fen Bilimleri Enstitüsü).
30. Wagner, S.,Bonderover, E., Jordan, W. B., &Sturm, J. C., (2002). “Electro textiles: concepts and challenges”, Int. Journal of High speed electronics and systems, 12(02), 391-399.
31. Xue, P., Park, K. H., Tao, X. M., Chen, W., & Cheng, X.Y. (2007). “Electrically conductive yarns based on PVA/carbon nanotubes”. Composite Structures, 78(2), 271-277. Doi:10.1016/j.compstruct.2005.10.016. Doi: 10.1016/j.compstruct.2005.10.016
32. Xue, P., Tao, X. I. A. O. M. I. N. G., Leung, M. Y., & Zhang, H. (2005). Electromechanical properties of conductive fibres, yarns and fabrics. Wearable electronics and photonics, 81.
33. Yajimi, T., Yamada, K., &Tanaka, S. (2002). “Protection effects of a silver fiber textile against electromagnetic interference in patients with pacemakers”, J.of Artificial Org. 5(3),175-178.
34. Yıldız, Z., Usta, I., &Güngor, A. (2012). “Electrical properties and electromagnetic shielding effectiveness of polyester yarns with polypyrrole deposition”, Text.Res.J. 82(20), 2137-2148. Doi: 10.1177/0040517512449046
35. Yılmaz, H., Altın, Y., & Bedeloğlu, A. Grafen Takviyeli Epoksi Nanokompozitlerin Özelliklerinin İncelenmesi. Politeknik Dergisi, 1-1. Doi: 10.2339/politeknik.689424