Fonksiyonel polibenzoksazin polimerlerinin sentezi ve spektroskopik özellikleri = Synthesis and spectroscopic properties of functional polybenzoxazine polymers

Abstract

Polibenzoksazin (PBZ) polimerleri fenolik yapılı bir bileşiğin formaldehit varlığında organik aminler ile reaksiyonu sonucunda sentezlenen ve yüksek ısıl kararlılık özellikleri ile dikkat çeken fenolik reçinelerdir. Farklı tür başlangıç maddeleri seçilerek yeni tür polibenzoksazinlerin sentezlenmesi gerçekleştirilebilir. Polibenzoksazin polimerleri polimerizasyon reaksiyonları değişen sıcaklık koşullarında iki aşamalı olarak gerçekleşir. İlk aşama halka kapanması reaksiyonu ile benzoksazin monomeri oluşumudur. Sentez koşullarına göre oluşan benzoksazin monomer ve prepolimer zincir yapıları aynı anda reaksiyon ortamında bulunur. İkinci aşama ise reaksiyon sıcaklığına ve polimerizasyon süresine bağlı olarak yüksek molekül ağırlıklı polibenzoksazin (PBZ) türü polimerlerin elde edinimi ile sonuçlanır. Polimerizasyon sonucu sentezlenen ürünler katılaşarak çöker. Bütün bu işlemler sonucunda elde edilen katı polimerik yapılar uygun çözücü ile yıkanır, muhtemel safsızlıklar uzaklaştırılarak başlangıç madde kalıntılarının uzaklaştırılması sağlanır. Elde edilen PBZ polimerleri uzun süreli oda sıcaklığında ya da 105 oC de kurutulur. Bu çalışmada, termal kürlenme ve mikrodalga yöntemleri kullanılmış ve başlangıç maddeleri ile farklı fonsiyonel yan grupların olduğu PBZ polimerleri üretilmiştir. Sentezlenen polibenzoksazinlerin genellikle sarı, turuncu ve kırmızımsı renklerde olduğu ve 200-300 nm ile 300-500 nm aralıklarında ışık soğurma özellikleri gösterdikleri görülmüştür. Çalışmada, PBZ polimerlerinin ışık soğurma özelliklerini artırmak ve 500-700 nm aralığında emilimlerini sağlamak amacı ile seçilen bazı polimerlerin subftalosiyanin, bodipy ve antrakinon bileşikleri ile modifikasyon işlemleri gerçekleştirilmiştir. Sentezlenen polibenzoksazin ürünlerinin yapısal analizleri, optik ve spektroskopik karakterizasyon işlemleri yapı tayini için FT-IR, absorpsiyon ve uyarılma için UV-Vis spektroskopi, emisyon değerleri için FL floresans cihazları ile ölçülerek yapılmıştır. Elde edilen polibenzoksazin polimerlerin mikroyapısı, tanecik ve yüzey morfolojileri SEM taramalı elektron mikroskopu ile incelenmiştir. Ayrıca, seçilen bazı PBZ polimerlerinden çözünürlüğü uygun olanlar için GPC tekniği ile molekül ağırlığı ölçümleri yapılmıştır. Bu çalışmaların devamı olarak, elde edilen PBZ polimer boyaların bir kısmı için ise DSSC güneş pil performans değerleri ölçülmüştür. Sonuç olarak, elde edilen PBZ polimerlerin taşıdıkları fonksiyonel gruplara bağlı olarak araştırmaya değer özgün optik ve elektronik özellikler gösterdiği sonucuna varılmıştır.

Polybenzoxazine (PBZ) polymers are phenolic resins that are synthesized using the reaction of a phenolic compound with organic amines in the presence of formaldehyde and draw attention with their high thermal stability properties. Within the scope of this thesis, the synthesis of new types of polybenzoxazines was carried out by selecting different types of starting materials. Structural analyzes, optical and spectroscopic characterization processes of synthesized polybenzoxazine products were performed by measuring with FT-IR, UV-visible and FL fluorescence spectrophotometer instruments. The microstructure, particle and surface morphologies of the obtained polybenzoxazine polymers were examined by SEM scanning electron microscope. In addition, molecular weight measurements were made with the GPC technique for some of the selected PBZ polymers with suitable solubility. It was observed that the synthesized polybenzoxazines were generally yellow, orange, and reddish in color and showed light absorption properties in the range of 200-300 nm and 300-500 nm. In this study, some selected polymers were modified with subphthalocyanine, bodipy and anthraquinone compounds to increase the light absorption properties of PBZ polymers and to ensure their absorption in the 500-700 nm range. As a continuation of these studies, DSSC solar cell performance values were measured for some of the obtained PBZ polymer dyes. As a result, it has been concluded that the obtained PBZ polymers show unique optical and electronic properties that are worth researching depending on the functional groups they carry.