Kendi kendini onarabilen UV ışınları ile kuruyabilen kaplamaların hazırlanması ve performans özelliklerinin incelenmesi

Abstract

ÖNSÖZBu tez çalışması, Marmara Üniversitesi, Fen Bilimleri Ensitüsü, Kimya Ana Bilim Dalı, Organik Kimya programında gerçekleştirilmiştir. Bu Marmara Üniversitesi BAPKO Proje No: FEN-C-DRP-090414-0100 proje kapsamında desteklenmiştir.Yüksek lisans eğitimim ve çalışmalarımın her aşamasında bilgi ve deneyimlerini her zaman fazlasıyla paylaşan, gerek tez gerek tez dışı konularda yakın ilgisini hiçbir zaman esirgemeyen ve ihtiyaç duyduğum her konuda yardımını gördüğüm değerli danışman hocam Prof.Dr. Memet Vezir KAHRAMAN’a,Çalışmalarımın her aşamasında bilgi ve deneyimlerini her zaman fazlasıyla aktaran, benimle heyecanlanan, benimle sevinen, bana öğrenci öğretmen ilişkisinin yanında abla kardeş sevgisini de her zaman hissetiren değerli eş danışman hocam Dr. Öğr. Üyesi Aslı BEYLER ÇİĞİL’e,Çalışmalarım sırasında desteklerini her zaman yanımda hissettiğim, Arş. Gör. Hatice BİRTANE ve Arş. Gör. Dr. Oya AYDIN URUCU’ya,Bugünlere gelmemi sağlayan, tüm eğitim hayatım boyunca bana inanan, güvenen, maddi ve manevi desteklerini hiçbir zaman eksik etmeyen annem Şerife Hüsniye TEZEL’e, babam Mustafa İlyaz TEZEL’e, kardeşlerim Melike Neşe TEZEL ve Mine CAMADAN’a,tüm kalbimle teşekkür ederim.Bu çalışmanın başta sevgili yiğenlerim Mira ve Mevsim CAMADAN’a sonra da gelecek tüm nesillere ışık olması umudu ile.Haziran, 2019Özge TEZEL ÖZETKENDİ KENDİNİ ONARABİLEN UV IŞINLARIYLA KURUYABİLEN KAPLAMALARIN HAZIRLANMASI VE PERFORMANS ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİKendi kendini onarabilen kaplamalar, biyolojik varlıklar gibi alınan hasarı otomatik olarak iyileştirme yeteneklerinden dolayı son birkaç yılda malzeme bilimi açısından en heyecan verici gelişmelerden biri olarak görülmektedir.Yaralandıktan sonra iyileşme kabiliyetine sahip olan biyolojik sistemler, kendini iyileştirici materyallerin gelişimi için ilham kaynağı olmuştur. Bu biyolojik mükemmellikten esinlenerek, doğal materyalleri taklit etmek ve kendiliğinden iyileşme kabiliyetini polimerlere ve polimer kompozitlere entegre etmek için sürekli çaba sarf edilmektedir. Bu tez çalışmasında, iyileştirici ajanı ihtiva eden mikrokapsüllerin sentezlenmesi ve mikrokapsül içeren kaplama formülasyonlarının pleksiglas levhalara UV ışınları ile uygulanması ve kaplamanın hasar alma durumunda kendi kendini onarma performansının incelenmesi amaçlanmıştır. Bu amaca yönelik olarak üç farklı çalışma serisi oluşturulmuş ve dört farklı çekirdek içeriğine ve çalışma mekanizmasına sahip mikrokapsüller sentezlenmiştir. Çalışma serilerinin her birinde elde edilen mikrokapsüllerin yapısal özellikleri ATR-FTIR ve SEM ile karakterize edilmiş ve termal, optik ve morfolojik özellikleri incelenmiştir. Çalışmanın ikinci kısmında her bir çalışma serisinde oluşturulan mikrokapsüller kaplama formülasyonlarına ağırlıkça belirli yüzdelerde eklenerek UV ışınları ile kürlenmiştir. Kürlenen her bir kaplamanın yapısal özellikleri ATR-FTIR ile karakterize edilmiştir. Çalışmanın üçüncü ve son kısmında çalışma serilerinde oluşturulan tüm kaplamaların hasar sonrası kendi kendini onarma performansları dijital kamera, optik mikroskop ve SEM ile incelenmiştir.İÇİNDEKİLERÖNSÖZİİÇİNDEKİLERİİİÖZETXİİİABSTRACTXVYENİLİK BEYANIXVİİSEMBOLLERXİXKISALTMALARXXİŞEKİL LİSTESİXXVİİTABLO LİSTESİXXXV1. GİRİŞ11.1. Giriş11.2. Amaç32. GENEL BİLGİ52.1. Biyomimetik52.1.1. Hareket teknolojilerinde biyomimetik62.1.2. İnşaat ve mimarlık teknolojilerinde biyomimetik62.1.3. Yapısal malzeme teknolojilerinde biyomimetik72.2. Biyolojik Sistemlerde Kendi Kendini Onarma82.3. Kendi Kendini Onaran Materyaller92.3.1. Fiber tabanlı kendi kendini onaran materyaller112.3.2. Mikrokapsül tabanlı kendi kendini onaran materyaller132.4. Mikroenkapsülasyon Teknikleri182.5. Emülsiyon Polimerizasyonu ile Mikrokapsül Sentezi20 2.5.1. Emülsiyon polimerizasyonu ile mikrokapsül sentezini etkileyen faktörler242.5.1.1. Yüzey aktif madde242.5.1.2. pH değeri272.5.1.3. Karıştırma hızı282.5.1.4. Reaksiyon sıcaklığı292.6. Pleksiglas (poli metilmetakrilat)302.7. Yüzey Kaplamaları312.7.1. Metalik kaplamalar322.7.2. Metalik olmayan kaplamalar322.7.2.1. İnorganik yüzey kaplamaları332.7.2.2. Organik yüzey kaplamaları332.8. Fotokimyasal Polimerizasyon332.9. UV Işınları ile Kuruyabilen Kaplamalar352.9.1. UV ışınları ile kuruyabilen kaplamaların bileşenleri362.9.1.1. Fotobaşlatıcı362.9.1.2. Oligomerler362.9.1.3. Reaktif seyrelticiler372.9.2. UV ışınları ile kuruyabilen kaplamalara uygulanan performans testleri382.9.2.1. Dinamik mekanik ölçümler (DMA)382.9.2.2. Yapışma testi382.9.2.3. Kalem sertliği testi382.9.2.4. Taber aşınma testi382.9.2.5. Işık geçirgenlik testi38 2.9.2.6. Temas açısı ölçümü (ıslanabilirlik testi)393. MATERYAL VE YÖNTEM413.1. Kullanılan Kimyasal Malzemeler413.2. Kullanılan Cihazlar493.3. Mikrokapsüllerin Sentezi513.3.1. Epoksi içeren PUF kabuklu mikrokapsüllerin sentezi (birinci seri çalışma)513.3.2. Trikloroasetik asit ve trifloroasetik asit içeren PMUF kabuklu mikrokapsüllerin sentezi (ikinci seri çalışma)523.3.3. İçi boş (hollow) PMUF kabuklu mikrokapsüllerin sentezi (üçüncü seri çalışma)543.3.3.1 İçi boş (hollow) PMUF kabuklu mikrokapsüllerin polietilen imin ile doldurulması543.4. Kendi Kendini Onarabilen Kaplamaların Hazırlanması553.4.1. Hidrolize 3-Metakriloksi propil trimetoksisilan (hMEMO) hazırlanması553.4.2. Epoksi/ PUF mikrokapsüllerini içeren kaplamaların hazırlanması (birinci seri çalışma)553.4.3. TCA/ PMUF ve TFA/ PMUF mikrokapsüllerini içeren kaplamaların hazırlanması (ikinci seri çalışma)563.4.4. PEI/ PMUF mikrokapsüllerini içeren kaplamaların hazırlanması (üçüncü seri çalışma)583.5. Hasar Alan Kendi Kendini Onarabilen Kaplamaların İncelenmesi584. BULGULAR VE TARTIŞMA594.1. Mikrokapsüllerin Karakterizasyonu594.1.1. Epoksi içeren PUF Kabuklu mikrokapsüllerin karakterizasyonu (birinci seri çalışma)594.1.1.1. ATR-FTIR spektrumu594.1.1.2. Morfoloji604.1.1.3. Kabuk çekirdek oranı ve kapsülleme verimi62 4.1.1.4. Termal özellikler634.1.2. Trikloroasetik asit ve trifloroasetik asit içeren PMUF kabuklu mikrokapsüllerin karakterizasyonu (ikinci seri çalışma)644.1.2.1. ATR-FTIR spektrumu644.1.2.2. Morfoloji664.1.2.3. Kabuk çekirdek oranı ve kapsülleme verimi684.1.2.4. Termal özellikler694.1.3. PEI içeren PMUF kabuklu mikrokapsüllerin karakterizasyonu (üçüncü seri çalışma)724.1.3.1. ATR-FTIR spektrumu724.1.3.2. Morfoloji734.1.3.3. Kabuk çekirdek oranı ve kapsülleme verimi744.1.3.4. Termal özellikler754.2. Kaplamaların Kendi Kendini Onarma Performansı774.2.1. EPO/ PUF mikrokapsüllerini içeren kaplamaların kendi kendini onarma performansı (birinci seri çalışma)774.2.2. TCA/ PMUF ve TFA/ PMUF mikrokapsüllerini içeren kaplamaların kendi kendini onarma performansı (ikinci seri çalışma)794.2.3. PEI/ PMUF mikrokapsüllerini içeren kaplamaların kendi kendini onarma performansı (üçüncü seri çalışma)804.3. Kaplamaların Karakterizasyonu814.3.1. PUF-E kaplamalarının karakterizasyonu (birinci seri çalışma)814.3.1.1. ATR-FTIR spekturumu814.3.2. PMUF-TCA ve PMUF-TFA kaplamalarının karakterizasyonu (ikinci seri çalışma)824.3.2.1. ATR-FTIR spekturumu824.3.3. PMUF-PEI kaplamalarının karakterizasyonu (üçüncü seri çalışma)84 4.3.3.1. ATR-FTIR spekturumu845. SONUÇLAR85KAYNAKLAR89

ÖNSÖZBu tez çalışması, Marmara Üniversitesi, Fen Bilimleri Ensitüsü, Kimya Ana Bilim Dalı, Organik Kimya programında gerçekleştirilmiştir. Bu Marmara Üniversitesi BAPKO Proje No: FEN-C-DRP-090414-0100 proje kapsamında desteklenmiştir.Yüksek lisans eğitimim ve çalışmalarımın her aşamasında bilgi ve deneyimlerini her zaman fazlasıyla paylaşan, gerek tez gerek tez dışı konularda yakın ilgisini hiçbir zaman esirgemeyen ve ihtiyaç duyduğum her konuda yardımını gördüğüm değerli danışman hocam Prof.Dr. Memet Vezir KAHRAMAN’a,Çalışmalarımın her aşamasında bilgi ve deneyimlerini her zaman fazlasıyla aktaran, benimle heyecanlanan, benimle sevinen, bana öğrenci öğretmen ilişkisinin yanında abla kardeş sevgisini de her zaman hissetiren değerli eş danışman hocam Dr. Öğr. Üyesi Aslı BEYLER ÇİĞİL’e,Çalışmalarım sırasında desteklerini her zaman yanımda hissettiğim, Arş. Gör. Hatice BİRTANE ve Arş. Gör. Dr. Oya AYDIN URUCU’ya,Bugünlere gelmemi sağlayan, tüm eğitim hayatım boyunca bana inanan, güvenen, maddi ve manevi desteklerini hiçbir zaman eksik etmeyen annem Şerife Hüsniye TEZEL’e, babam Mustafa İlyaz TEZEL’e, kardeşlerim Melike Neşe TEZEL ve Mine CAMADAN’a,tüm kalbimle teşekkür ederim.Bu çalışmanın başta sevgili yiğenlerim Mira ve Mevsim CAMADAN’a sonra da gelecek tüm nesillere ışık olması umudu ile.Haziran, 2019Özge TEZEL ABSTRACTPREPARATION OF SELF-HEALING UV COATINGS AND INVESTIGATION OF PERFORMANCE CHARACTERISTICSSelf-healing coatings, due to their ability to automatically recover damage like as biological assets, have been seen as one of the most exciting developments in material science over the last few years.Biological systems capable of self-healing have inspire the development of self-healing materials. Inspired by this biological excellence, constant efforts are being made to mimic natural materials and to integrate self-healing ability into polymers and polymer composites.In this thesis, aimed to synthesize microcapsules containing healing agent and to apply coating formulations containing microcapsules to plexiglass plates, then curing with UV rays and to examine self-healing performance of these coatings after they are damaged. For this purpose, three different study series have been created and microcapsules have been synthesized, which has four different core contents and working mechanisms. The structural properties of the microcapsules obtained in each study series were characterized by ATR-FTIR and SEM and thermal, optical and morphological properties of microcapsules were investigated.In the second part of the study, the microcapsules formed in each study series were added to the coating formulations in certain percentages and cured with UV rays. The structural properties of each cured coating were characterized by ATR-FTIR.In the third and last part of the study, the self-healing performance of all the coatings formed in the study series was examined by digital camera, optical microscope and SEM.İÇİNDEKİLERÖNSÖZİİÇİNDEKİLERİİİÖZETXİİİABSTRACTXVYENİLİK BEYANIXVİİSEMBOLLERXİXKISALTMALARXXİŞEKİL LİSTESİXXVİİTABLO LİSTESİXXXV1. GİRİŞ11.1. Giriş11.2. Amaç32. GENEL BİLGİ52.1. Biyomimetik52.1.1. Hareket teknolojilerinde biyomimetik62.1.2. İnşaat ve mimarlık teknolojilerinde biyomimetik62.1.3. Yapısal malzeme teknolojilerinde biyomimetik72.2. Biyolojik Sistemlerde Kendi Kendini Onarma82.3. Kendi Kendini Onaran Materyaller92.3.1. Fiber tabanlı kendi kendini onaran materyaller112.3.2. Mikrokapsül tabanlı kendi kendini onaran materyaller132.4. Mikroenkapsülasyon Teknikleri182.5. Emülsiyon Polimerizasyonu ile Mikrokapsül Sentezi20 2.5.1. Emülsiyon polimerizasyonu ile mikrokapsül sentezini etkileyen faktörler242.5.1.1. Yüzey aktif madde242.5.1.2. pH değeri272.5.1.3. Karıştırma hızı282.5.1.4. Reaksiyon sıcaklığı292.6. Pleksiglas (poli metilmetakrilat)302.7. Yüzey Kaplamaları312.7.1. Metalik kaplamalar322.7.2. Metalik olmayan kaplamalar322.7.2.1. İnorganik yüzey kaplamaları332.7.2.2. Organik yüzey kaplamaları332.8. Fotokimyasal Polimerizasyon332.9. UV Işınları ile Kuruyabilen Kaplamalar352.9.1. UV ışınları ile kuruyabilen kaplamaların bileşenleri362.9.1.1. Fotobaşlatıcı362.9.1.2. Oligomerler362.9.1.3. Reaktif seyrelticiler372.9.2. UV ışınları ile kuruyabilen kaplamalara uygulanan performans testleri382.9.2.1. Dinamik mekanik ölçümler (DMA)382.9.2.2. Yapışma testi382.9.2.3. Kalem sertliği testi382.9.2.4. Taber aşınma testi382.9.2.5. Işık geçirgenlik testi38 2.9.2.6. Temas açısı ölçümü (ıslanabilirlik testi)393. MATERYAL VE YÖNTEM413.1. Kullanılan Kimyasal Malzemeler413.2. Kullanılan Cihazlar493.3. Mikrokapsüllerin Sentezi513.3.1. Epoksi içeren PUF kabuklu mikrokapsüllerin sentezi (birinci seri çalışma)513.3.2. Trikloroasetik asit ve trifloroasetik asit içeren PMUF kabuklu mikrokapsüllerin sentezi (ikinci seri çalışma)523.3.3. İçi boş (hollow) PMUF kabuklu mikrokapsüllerin sentezi (üçüncü seri çalışma)543.3.3.1 İçi boş (hollow) PMUF kabuklu mikrokapsüllerin polietilen imin ile doldurulması543.4. Kendi Kendini Onarabilen Kaplamaların Hazırlanması553.4.1. Hidrolize 3-Metakriloksi propil trimetoksisilan (hMEMO) hazırlanması553.4.2. Epoksi/ PUF mikrokapsüllerini içeren kaplamaların hazırlanması (birinci seri çalışma)553.4.3. TCA/ PMUF ve TFA/ PMUF mikrokapsüllerini içeren kaplamaların hazırlanması (ikinci seri çalışma)563.4.4. PEI/ PMUF mikrokapsüllerini içeren kaplamaların hazırlanması (üçüncü seri çalışma)583.5. Hasar Alan Kendi Kendini Onarabilen Kaplamaların İncelenmesi584. BULGULAR VE TARTIŞMA594.1. Mikrokapsüllerin Karakterizasyonu594.1.1. Epoksi içeren PUF Kabuklu mikrokapsüllerin karakterizasyonu (birinci seri çalışma)594.1.1.1. ATR-FTIR spektrumu594.1.1.2. Morfoloji604.1.1.3. Kabuk çekirdek oranı ve kapsülleme verimi62 4.1.1.4. Termal özellikler634.1.2. Trikloroasetik asit ve trifloroasetik asit içeren PMUF kabuklu mikrokapsüllerin karakterizasyonu (ikinci seri çalışma)644.1.2.1. ATR-FTIR spektrumu644.1.2.2. Morfoloji664.1.2.3. Kabuk çekirdek oranı ve kapsülleme verimi684.1.2.4. Termal özellikler694.1.3. PEI içeren PMUF kabuklu mikrokapsüllerin karakterizasyonu (üçüncü seri çalışma)724.1.3.1. ATR-FTIR spektrumu724.1.3.2. Morfoloji734.1.3.3. Kabuk çekirdek oranı ve kapsülleme verimi744.1.3.4. Termal özellikler754.2. Kaplamaların Kendi Kendini Onarma Performansı774.2.1. EPO/ PUF mikrokapsüllerini içeren kaplamaların kendi kendini onarma performansı (birinci seri çalışma)774.2.2. TCA/ PMUF ve TFA/ PMUF mikrokapsüllerini içeren kaplamaların kendi kendini onarma performansı (ikinci seri çalışma)794.2.3. PEI/ PMUF mikrokapsüllerini içeren kaplamaların kendi kendini onarma performansı (üçüncü seri çalışma)804.3. Kaplamaların Karakterizasyonu814.3.1. PUF-E kaplamalarının karakterizasyonu (birinci seri çalışma)814.3.1.1. ATR-FTIR spekturumu814.3.2. PMUF-TCA ve PMUF-TFA kaplamalarının karakterizasyonu (ikinci seri çalışma)824.3.2.1. ATR-FTIR spekturumu824.3.3. PMUF-PEI kaplamalarının karakterizasyonu (üçüncü seri çalışma)84 4.3.3.1. ATR-FTIR spekturumu845. SONUÇLAR85KAYNAKLAR89