Azide-Functionalized PET Fibers via Graft Copolymerization of 4-Vinylpyridine: Synthesis, Characterization, and Energetic Properties

Mutluhan Bıyıkoğlu; Kübra Günay Kamçı; Metin Arslan

doi:10.70500/bjs.1918299

TR EN

4-Vinilpiridin Aşı Kopolimerizasyonu ile Azid Fonksiyonelleştirilmiş PET Lifleri: Sentez, Karakterizasyon ve Enerjik Özellikler

Öz

Poli(etilen tereftalat) (PET) lifleri, 4-vinilpiridin (4VP) graft kopolimerizasyonunu takiben klorlama ve ardından azidleme basamaklarını içeren çok aşamalı bir modifikasyon stratejisi ile başarıyla fonksiyonelleştirilmiştir. Graftlama işlemi, PET yüzeyine piridin fonksiyonel gruplarını kazandırarak ileri kimyasal dönüşümler için reaktif bölgeler oluşturmuştur. Klorlama işlemi, reaktif klor gruplarının oluşumunu sağlamış ve bu gruplar daha sonra sodyum azid (NaN₃) kullanılarak gerçekleştirilen nükleofilik yer değiştirme reaksiyonu ile azid grupları ile yer değiştirmiştir. Optimum azidleme koşulları, liflerin yapısal bütünlüğünü bozmadan en yüksek fonksiyonelleşme derecesini sağlayan 0.2 M NaN₃ derişimi, 60 °C reaksiyon sıcaklığı ve 12 saat reaksiyon süresi olarak belirlenmiştir (%15). Azid fonksiyonel gruplarının başarıyla yapıya kazandırıldığı, Fourier Dönüşümlü Kızılötesi (FTIR) spektroskopisi analizinde 2100–2150 cm⁻¹ aralığında gözlenen karakteristik absorpsiyon bandı ile doğrulanmıştır. Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) analizleri, yüzey morfolojisinde belirgin değişiklikler olduğunu göstermiş ve lifsi yapı korunarak yüzey modifikasyonunun başarıyla gerçekleştirildiğini ortaya koymuştur. Termal analiz sonuçları, azid fonksiyonlu liflerin diferansiyel taramalı kalorimetri (DSC) analizinde yaklaşık 280 °C’de belirgin bir ekzotermik bozunma piki sergilediğini ve bunun malzemenin enerjik karakterini doğruladığını göstermiştir. Termogravimetrik analiz (TGA) ise azid gruplarının termal olarak kararsız yapısından dolayı graftlanmış PET liflerine kıyasla daha erken bozunma başlangıcı olduğunu ortaya koymuştur. Elde edilen sonuçlar, PET-g-4VP-N₃ liflerinin artırılmış kimyasal reaktiviteye ve enerjik özelliklere sahip olduğunu göstermekte olup, bu malzemenin tıklama kimyası tabanlı fonksiyonelleştirme, adsorpsiyon sistemleri ve enerjik polimer uygulamaları gibi ileri uygulamalar için umut verici bir aday olduğunu ortaya koymaktadır.

Anahtar Kelimeler

Azid fonksiyonelleştirme, Enerjik polimerler, Graft kopolimerizasyonu, PET lifleri, 4-vinilpiridin

Azide-Functionalized PET Fibers via Graft Copolymerization of 4-Vinylpyridine: Synthesis, Characterization, and Energetic Properties

Öz

Poly(ethylene terephthalate) (PET) fibers were successfully functionalized through a multi-step modification strategy involving graft copolymerization of 4-vinylpyridine (4VP), followed by chlorination and subsequent azidation. The grafting process introduced pyridine functionalities onto the PET surface, providing reactive sites for further chemical transformation. Chlorination enabled the formation of reactive chloro groups, which were subsequently substituted by azide groups via nucleophilic substitution using sodium azide (NaN₃). The optimum azidation conditions were determined as 0.2 M NaN₃ concentration, 60 °C reaction temperature, and 12 h reaction time, which provided the highest degree of functionalization without compromising the structural integrity of the fibers (15%). The successful incorporation of azide functionalities was confirmed by Fourier Transform Infrared (FTIR) spectroscopy through the appearance of a characteristic absorption band at 2100–2150 cm⁻¹. Scanning electron microscopy (SEM) analysis revealed significant changes in surface morphology, indicating successful surface modification while preserving the fibrous structure of PET. Thermal analysis demonstrated that the azide-functionalized fibers exhibited a distinct exothermic decomposition peak at approximately 280 °C in differential scanning calorimetry (DSC), confirming their energetic nature. Thermogravimetric analysis (TGA) showed an earlier onset of degradation compared to grafted PET fibers, attributed to the presence of thermally labile azide groups. The results indicate that PET-g-4VP-N₃ fibers possess enhanced chemical reactivity and energetic characteristics, making them promising candidates for advanced applications such as click chemistry-based functionalization, adsorption systems, and energetic polymer materials.

Anahtar Kelimeler

Azide functionalization, Energetic polymers, Graft copolymerization, PET fibers, 4-vinylpyridine

Destekleyen Kurum

Kırıkkale Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon Birimi

Proje Numarası

BAP 2024/036

Etik Beyan

Bu makalenin yayınlanmasıyla ilgili herhangi bir etik sorun bulunmamaktadır.

Teşekkür

Yazarlar, bu çalışmanın finansal desteği için Kırıkkale Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon Birimi’ne teşekkür eder.

Kaynakça

Arslan, M., & Günay, K. (2017). Synthesis of amine-functionalized methacrylic acid-g-poly(ethylene terephthalate) fiber and its Congo red removal ability. Polymer Bulletin, 75(4), 1701–1713. https://doi.org/10.1007/s00289-017-2121-0
Arslan, M., & Günay, K. (2018). Application of 4-VP-g-PET fibers and its N-oxide derivative as an adsorbent for removal of cationic dye. Polymer Bulletin, 76(2), 953–965. https://doi.org/10.1007/s00289-018-2400-4
Awaja, F., & Pavel, D. (2005). Recycling of PET. European Polymer Journal, 41(7), 1453–1477. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2005.02.005
Bhattacharya, A., & Misra, B. N. (2004). Grafting: a versatile means to modify polymersTechniques, factors and applications. Progress in Polymer Science, 29(8), 767–814. https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2004.05.002
Binder, W. H., & Sachsenhofer, R. (2007). ‘Click’ Chemistry in polymer and Materials science. Macromolecular Rapid Communications, 28(1), 15–54. https://doi.org/10.1002/marc.200600625
Bräse, S., Gil, C., Knepper, K., & Zimmermann, V. (2005). Organic azides: an exploding diversity of a unique class of compounds. Angewandte Chemie International Edition, 44(33), 5188–5240. https://doi.org/10.1002/anie.200400657
Click Chemistry: Diverse Chemical Function from a Few Good Reactions. (2001). PubMed. https://doi.org/10.1002/1521-3773(20010601)40:11
Coates, J. (2000). Interpretation of infrared Spectra, a practical approach. Encyclopedia of Analytical Chemistry. https://doi.org/10.1002/9780470027318.a5606
Fu, S., Feng, X., Lauke, B., & Mai, Y. (2008). Effects of particle size, particle/matrix interface adhesion and particle loading on mechanical properties of particulate–polymer composites. Composites Part B Engineering, 39(6), 933–961. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2008.01.002
Harmer, M. A. (1991). Photomodification of surfaces using heterocyclic azides. Langmuir, 7(10), 2010–2012. https://doi.org/10.1021/la00058a007

Kolb, H. C., Finn, M. G., & Sharpless, K. B. (2001). Click chemistry: Diverse chemical function from a few good reactions. Angewandte Chemie International Edition, 40, 2004–2021. https://doi.org/10.1002/1521-3773(20010601)40:11<2004::AID-ANIE2004>3.0.CO;2-5
Kumar, D. S., Fujioka, M., Asano, K., Shoji, A., Jayakrishnan, A., & Yoshida, Y. (2007). Surface modification of poly(ethylene terephthalate) by plasma polymerization of poly(ethylene glycol). Journal of Materials Science Materials in Medicine, 18(9), 1831–1835. https://doi.org/10.1007/s10856-007-3033-6
Liu, Y., Chen, Q., Du, X., Li, L., & Li, P. (2018). Surface modification of polyethylene terephthalate films by direct fluorination. AIP Advances, 8(12). https://doi.org/10.1063/1.5066246
Maaz, M., Elzein, T., Bejjani, A., Barroca-Aubry, N., Lepoittevin, B., Dragoe, D., . . . Roger, P. (2017). Surface initiated supplemental activator and reducing agent atom transfer radical polymerization (SI-SARA-ATRP) of 4-vinylpyridine on poly(ethylene terephthalate). Journal of Colloid and Interface Science, 500, 69–78. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2017.03.115
Matyjaszewski, K., & Xia, J. (2001). Atom Transfer radical polymerization. Chemical Reviews, 101(9), 2921–2990. https://doi.org/10.1021/cr940534g
Mittal, K. L. (2007). Polymer Surface Modification: Relevance to Adhesion, Volume 4. https://doi.org/10.1201/b12203
Moad, G. and Solomon, D.H. (2006) The Chemistry of Radical Polymerization. Second edition, Elsevier, Oxford. - References - Scientific Research Publishing. (n.d.). Retrieved from https://www.scirp.org/reference/referencespapers?referenceid=1538341
Provatas, A. (2000). Energetic polymers and plasticisers for explosive formulations. Defence Science and Technology Organisation Report. https://apps.dtic.mil/sti/tr/pdf/ADA377866.pdf
Silverstein, R. M., Webster, F. X., & Kiemle, D. (2005). Spectrometric Identification of Organic Compounds. Wiley.
Singh, G., & Felix, S. (2003). Studies on energetic compounds. Part 32: crystal structure, thermolysis and applications of NTO and its salts. Journal of Molecular Structure, 649(1–2), 71–83. https://doi.org/10.1016/s0022-2860(02)00717-2
Socrates, G. (2001). Infrared and Raman Characteristic Group Frequencies: Tables and Charts (3rd ed.). Wiley. https://www.scirp.org/reference/referencespapers?referenceid=2904755
Stuart, B. H. (2004). Infrared Spectroscopy: Fundamentals and applications. Analytical techniques in the sciences. https://doi.org/10.1002/0470011149
Turmanova, S., Vassilev, K., & Boneva, S. (2007). Preparation, structure and properties of metal–copolymer complexes of poly-4-vinylpyridine radiation-grafted onto polymer films. Reactive and Functional Polymers, 68(3), 759–767. https://doi.org/10.1016/j.reactfunctpolym.2007.11.015
Wang, C., Oh, X. Y., Liu, X., & Goto, A. (2019). Self-Catalyzed living radical polymerization using Quaternary-Ammonium-Iodide-Containing monomers. Macromolecules, 52(7), 2712–2718. https://doi.org/10.1021/acs.macromol.9b00137
Wang, L., Jacobson, O., Avdic, D., Rotstein, B. H., Weiss, I. D., Collier, L., . . . Liang, S. H. (2015). Ortho‐Stabilized 18F‐Azido Click Agents and their Application in PET Imaging with Single‐Stranded DNA Aptamers. Angewandte Chemie International Edition, 54(43), 12777–12781. https://doi.org/10.1002/anie.201505927
Zdorovets, M. V., Korolkov, I. V., Yeszhanov, A. B., & Gorin, Y. G. (2019). Functionalization of PET Track-Etched Membranes by UV-Induced Graft (co)Polymerization for Detection of Heavy Metal Ions in Water. Polymers, 11(11), 1876. https://doi.org/10.3390/polym11111876

Ayrıntılar

Birincil Dil

İngilizce

Konular

Makromoleküler ve Malzeme Kimyası (Diğer)

Bölüm

Araştırma Makalesi

Yazarlar

Mutluhan Bıyıkoğlu
0000-0003-0752-2242
Türkiye

Kübra Günay Kamçı ^*
0000-0002-3522-873X
Türkiye

Metin Arslan
0000-0001-9432-6877
Türkiye

Yayımlanma Tarihi

20 Mayıs 2026

Gönderilme Tarihi

29 Mart 2026

Kabul Tarihi

16 Nisan 2026

Yayımlandığı Sayı

Yıl 2026 Cilt: 4 Sayı: 1

DOI

https://doi.org/10.70500/bjs.1918299

IZ

https://izlik.org/JA33AG36YX

APA

Bıyıkoğlu, M., Günay Kamçı, K., & Arslan, M. (2026). Azide-Functionalized PET Fibers via Graft Copolymerization of 4-Vinylpyridine: Synthesis, Characterization, and Energetic Properties. Bozok Journal of Science, 4(1), 13-21. https://doi.org/10.70500/bjs.1918299

AMA

1.Bıyıkoğlu M, Günay Kamçı K, Arslan M. Azide-Functionalized PET Fibers via Graft Copolymerization of 4-Vinylpyridine: Synthesis, Characterization, and Energetic Properties. BJS. 2026;4(1):13-21. doi:10.70500/bjs.1918299

Chicago

Bıyıkoğlu, Mutluhan, Kübra Günay Kamçı, ve Metin Arslan. 2026. “Azide-Functionalized PET Fibers via Graft Copolymerization of 4-Vinylpyridine: Synthesis, Characterization, and Energetic Properties”. Bozok Journal of Science 4 (1): 13-21. https://doi.org/10.70500/bjs.1918299.

EndNote

Bıyıkoğlu M, Günay Kamçı K, Arslan M (01 Mayıs 2026) Azide-Functionalized PET Fibers via Graft Copolymerization of 4-Vinylpyridine: Synthesis, Characterization, and Energetic Properties. Bozok Journal of Science 4 1 13–21.

IEEE

[1]M. Bıyıkoğlu, K. Günay Kamçı, ve M. Arslan, “Azide-Functionalized PET Fibers via Graft Copolymerization of 4-Vinylpyridine: Synthesis, Characterization, and Energetic Properties”, BJS, c. 4, sy 1, ss. 13–21, May. 2026, doi: 10.70500/bjs.1918299.

ISNAD

Bıyıkoğlu, Mutluhan - Günay Kamçı, Kübra - Arslan, Metin. “Azide-Functionalized PET Fibers via Graft Copolymerization of 4-Vinylpyridine: Synthesis, Characterization, and Energetic Properties”. Bozok Journal of Science 4/1 (01 Mayıs 2026): 13-21. https://doi.org/10.70500/bjs.1918299.

JAMA

1.Bıyıkoğlu M, Günay Kamçı K, Arslan M. Azide-Functionalized PET Fibers via Graft Copolymerization of 4-Vinylpyridine: Synthesis, Characterization, and Energetic Properties. BJS. 2026;4:13–21.

MLA

Bıyıkoğlu, Mutluhan, vd. “Azide-Functionalized PET Fibers via Graft Copolymerization of 4-Vinylpyridine: Synthesis, Characterization, and Energetic Properties”. Bozok Journal of Science, c. 4, sy 1, Mayıs 2026, ss. 13-21, doi:10.70500/bjs.1918299.

Vancouver

1.Mutluhan Bıyıkoğlu, Kübra Günay Kamçı, Metin Arslan. Azide-Functionalized PET Fibers via Graft Copolymerization of 4-Vinylpyridine: Synthesis, Characterization, and Energetic Properties. BJS. 01 Mayıs 2026;4(1):13-21. doi:10.70500/bjs.1918299

4-Vinilpiridin Aşı Kopolimerizasyonu ile Azid Fonksiyonelleştirilmiş PET Lifleri: Sentez, Karakterizasyon ve Enerjik Özellikler

Öz

Anahtar Kelimeler

Azide-Functionalized PET Fibers via Graft Copolymerization of 4-Vinylpyridine: Synthesis, Characterization, and Energetic Properties

Öz

Anahtar Kelimeler

Destekleyen Kurum

Proje Numarası

Etik Beyan

Teşekkür

Kaynakça

Ayrıntılar

Birincil Dil

Konular

Bölüm

Yazarlar

Yayımlanma Tarihi

Gönderilme Tarihi

Kabul Tarihi

Yayımlandığı Sayı

DOI

IZ

Kaynak Göster