Akademik Veri Yönetim Sistemi
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Marmara Üniversitesi, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2019
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: Özge Tezel
Danışman: MEMET VEZİR KAHRAMAN
Özet:ÖNSÖZ Bu tez çalışması, Marmara Üniversitesi, Fen Bilimleri Ensitüsü, Kimya Ana Bilim Dalı, Organik Kimya programında gerçekleştirilmiştir. Bu yüksek lisans tezi, 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, 2019 Özge TEZEL ÖZET KENDİ KENDİNİ ONARABİLEN UV IŞINLARIYLA KURUYABİLEN KAPLAMALARIN HAZIRLANMASI VE PERFORMANS ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ Kendi 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. İÇİNDEKİLER ÖNSÖZ İ İÇİNDEKİLER İİİ ÖZET Xİİİ ABSTRACT XV YENİLİK BEYANI XVİİ SEMBOLLER XİX KISALTMALAR XXİ ŞEKİL LİSTESİ XXVİİ TABLO LİSTESİ XXXV 1. GİRİŞ 1 1.1. Giriş 1 1.2. Amaç 3 2. GENEL BİLGİ 5 2.1. Biyomimetik 5 2.1.1. Hareket teknolojilerinde biyomimetik 6 2.1.2. İnşaat ve mimarlık teknolojilerinde biyomimetik 6 2.1.3. Yapısal malzeme teknolojilerinde biyomimetik 7 2.2. Biyolojik Sistemlerde Kendi Kendini Onarma 8 2.3. Kendi Kendini Onaran Materyaller 9 2.3.1. Fiber tabanlı kendi kendini onaran materyaller 11 2.3.2. Mikrokapsül tabanlı kendi kendini onaran materyaller 13 2.4. Mikroenkapsülasyon Teknikleri 18 2.5. Emülsiyon Polimerizasyonu ile Mikrokapsül Sentezi 20 2.5.1. Emülsiyon polimerizasyonu ile mikrokapsül sentezini etkileyen faktörler 24 2.5.1.1. Yüzey aktif madde 24 2.5.1.2. pH değeri 27 2.5.1.3. Karıştırma hızı 28 2.5.1.4. Reaksiyon sıcaklığı 29 2.6. Pleksiglas (poli metilmetakrilat) 30 2.7. Yüzey Kaplamaları 31 2.7.1. Metalik kaplamalar 32 2.7.2. Metalik olmayan kaplamalar 32 2.7.2.1. İnorganik yüzey kaplamaları 33 2.7.2.2. Organik yüzey kaplamaları 33 2.8. Fotokimyasal Polimerizasyon 33 2.9. UV Işınları ile Kuruyabilen Kaplamalar 35 2.9.1. UV ışınları ile kuruyabilen kaplamaların bileşenleri 36 2.9.1.1. Fotobaşlatıcı 36 2.9.1.2. Oligomerler 36 2.9.1.3. Reaktif seyrelticiler 37 2.9.2. UV ışınları ile kuruyabilen kaplamalara uygulanan performans testleri 38 2.9.2.1. Dinamik mekanik ölçümler (DMA) 38 2.9.2.2. Yapışma testi 38 2.9.2.3. Kalem sertliği testi 38 2.9.2.4. Taber aşınma testi 38 2.9.2.5. Işık geçirgenlik testi 38 2.9.2.6. Temas açısı ölçümü (ıslanabilirlik testi) 39 3. MATERYAL VE YÖNTEM 41 3.1. Kullanılan Kimyasal Malzemeler 41 3.2. Kullanılan Cihazlar 49 3.3. Mikrokapsüllerin Sentezi 51 3.3.1. Epoksi içeren PUF kabuklu mikrokapsüllerin sentezi (birinci seri çalışma) 51 3.3.2. Trikloroasetik asit ve trifloroasetik asit içeren PMUF kabuklu mikrokapsüllerin sentezi (ikinci seri çalışma) 52 3.3.3. İçi boş (hollow) PMUF kabuklu mikrokapsüllerin sentezi (üçüncü seri çalışma) 54 3.3.3.1 İçi boş (hollow) PMUF kabuklu mikrokapsüllerin polietilen imin ile doldurulması 54 3.4. Kendi Kendini Onarabilen Kaplamaların Hazırlanması 55 3.4.1. Hidrolize 3-Metakriloksi propil trimetoksisilan (hMEMO) hazırlanması 55 3.4.2. Epoksi/PUF mikrokapsüllerini içeren kaplamaların hazırlanması (birinci seri çalışma) 55 3.4.3. TCA/PMUF ve TFA/PMUF mikrokapsüllerini içeren kaplamaların hazırlanması (ikinci seri çalışma) 56 3.4.4. PEI/PMUF mikrokapsüllerini içeren kaplamaların hazırlanması (üçüncü seri çalışma) 58 3.5. Hasar Alan Kendi Kendini Onarabilen Kaplamaların İncelenmesi 58 4. BULGULAR VE TARTIŞMA 59 4.1. Mikrokapsüllerin Karakterizasyonu 59 4.1.1. Epoksi içeren PUF Kabuklu mikrokapsüllerin karakterizasyonu (birinci seri çalışma) 59 4.1.1.1. ATR-FTIR spektrumu 59 4.1.1.2. Morfoloji 60 4.1.1.3. Kabuk çekirdek oranı ve kapsülleme verimi 62 4.1.1.4. Termal özellikler 63 4.1.2. Trikloroasetik asit ve trifloroasetik asit içeren PMUF kabuklu mikrokapsüllerin karakterizasyonu (ikinci seri çalışma) 64 4.1.2.1. ATR-FTIR spektrumu 64 4.1.2.2. Morfoloji 66 4.1.2.3. Kabuk çekirdek oranı ve kapsülleme verimi 68 4.1.2.4. Termal özellikler 69 4.1.3. PEI içeren PMUF kabuklu mikrokapsüllerin karakterizasyonu (üçüncü seri çalışma) 72 4.1.3.1. ATR-FTIR spektrumu 72 4.1.3.2. Morfoloji 73 4.1.3.3. Kabuk çekirdek oranı ve kapsülleme verimi 74 4.1.3.4. Termal özellikler 75 4.2. Kaplamaların Kendi Kendini Onarma Performansı 77 4.2.1. EPO/PUF mikrokapsüllerini içeren kaplamaların kendi kendini onarma performansı (birinci seri çalışma) 77 4.2.2. TCA/PMUF ve TFA/PMUF mikrokapsüllerini içeren kaplamaların kendi kendini onarma performansı (ikinci seri çalışma) 79 4.2.3. PEI/PMUF mikrokapsüllerini içeren kaplamaların kendi kendini onarma performansı (üçüncü seri çalışma) 80 4.3. Kaplamaların Karakterizasyonu 81 4.3.1. PUF-E kaplamalarının karakterizasyonu (birinci seri çalışma) 81 4.3.1.1. ATR-FTIR spekturumu 81 4.3.2. PMUF-TCA ve PMUF-TFA kaplamalarının karakterizasyonu (ikinci seri çalışma) 82 4.3.2.1. ATR-FTIR spekturumu 82 4.3.3. PMUF-PEI kaplamalarının karakterizasyonu (üçüncü seri çalışma) 84 4.3.3.1. ATR-FTIR spekturumu 84 5. SONUÇLAR 85 KAYNAKLAR 89 -------------------- ÖNSÖZ Bu tez çalışması, Marmara Üniversitesi, Fen Bilimleri Ensitüsü, Kimya Ana Bilim Dalı, Organik Kimya programında gerçekleştirilmiştir. Bu yüksek lisans tezi, 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, 2019 Özge TEZEL ABSTRACT PREPARATION OF SELF-HEALING UV COATINGS AND INVESTIGATION OF PERFORMANCE CHARACTERISTICS Self-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. İÇİNDEKİLER ÖNSÖZ İ İÇİNDEKİLER İİİ ÖZET Xİİİ ABSTRACT XV YENİLİK BEYANI XVİİ SEMBOLLER XİX KISALTMALAR XXİ ŞEKİL LİSTESİ XXVİİ TABLO LİSTESİ XXXV 1. GİRİŞ 1 1.1. Giriş 1 1.2. Amaç 3 2. GENEL BİLGİ 5 2.1. Biyomimetik 5 2.1.1. Hareket teknolojilerinde biyomimetik 6 2.1.2. İnşaat ve mimarlık teknolojilerinde biyomimetik 6 2.1.3. Yapısal malzeme teknolojilerinde biyomimetik 7 2.2. Biyolojik Sistemlerde Kendi Kendini Onarma 8 2.3. Kendi Kendini Onaran Materyaller 9 2.3.1. Fiber tabanlı kendi kendini onaran materyaller 11 2.3.2. Mikrokapsül tabanlı kendi kendini onaran materyaller 13 2.4. Mikroenkapsülasyon Teknikleri 18 2.5. Emülsiyon Polimerizasyonu ile Mikrokapsül Sentezi 20 2.5.1. Emülsiyon polimerizasyonu ile mikrokapsül sentezini etkileyen faktörler 24 2.5.1.1. Yüzey aktif madde 24 2.5.1.2. pH değeri 27 2.5.1.3. Karıştırma hızı 28 2.5.1.4. Reaksiyon sıcaklığı 29 2.6. Pleksiglas (poli metilmetakrilat) 30 2.7. Yüzey Kaplamaları 31 2.7.1. Metalik kaplamalar 32 2.7.2. Metalik olmayan kaplamalar 32 2.7.2.1. İnorganik yüzey kaplamaları 33 2.7.2.2. Organik yüzey kaplamaları 33 2.8. Fotokimyasal Polimerizasyon 33 2.9. UV Işınları ile Kuruyabilen Kaplamalar 35 2.9.1. UV ışınları ile kuruyabilen kaplamaların bileşenleri 36 2.9.1.1. Fotobaşlatıcı 36 2.9.1.2. Oligomerler 36 2.9.1.3. Reaktif seyrelticiler 37 2.9.2. UV ışınları ile kuruyabilen kaplamalara uygulanan performans testleri 38 2.9.2.1. Dinamik mekanik ölçümler (DMA) 38 2.9.2.2. Yapışma testi 38 2.9.2.3. Kalem sertliği testi 38 2.9.2.4. Taber aşınma testi 38 2.9.2.5. Işık geçirgenlik testi 38 2.9.2.6. Temas açısı ölçümü (ıslanabilirlik testi) 39 3. MATERYAL VE YÖNTEM 41 3.1. Kullanılan Kimyasal Malzemeler 41 3.2. Kullanılan Cihazlar 49 3.3. Mikrokapsüllerin Sentezi 51 3.3.1. Epoksi içeren PUF kabuklu mikrokapsüllerin sentezi (birinci seri çalışma) 51 3.3.2. Trikloroasetik asit ve trifloroasetik asit içeren PMUF kabuklu mikrokapsüllerin sentezi (ikinci seri çalışma) 52 3.3.3. İçi boş (hollow) PMUF kabuklu mikrokapsüllerin sentezi (üçüncü seri çalışma) 54 3.3.3.1 İçi boş (hollow) PMUF kabuklu mikrokapsüllerin polietilen imin ile doldurulması 54 3.4. Kendi Kendini Onarabilen Kaplamaların Hazırlanması 55 3.4.1. Hidrolize 3-Metakriloksi propil trimetoksisilan (hMEMO) hazırlanması 55 3.4.2. Epoksi/PUF mikrokapsüllerini içeren kaplamaların hazırlanması (birinci seri çalışma) 55 3.4.3. TCA/PMUF ve TFA/PMUF mikrokapsüllerini içeren kaplamaların hazırlanması (ikinci seri çalışma) 56 3.4.4. PEI/PMUF mikrokapsüllerini içeren kaplamaların hazırlanması (üçüncü seri çalışma) 58 3.5. Hasar Alan Kendi Kendini Onarabilen Kaplamaların İncelenmesi 58 4. BULGULAR VE TARTIŞMA 59 4.1. Mikrokapsüllerin Karakterizasyonu 59 4.1.1. Epoksi içeren PUF Kabuklu mikrokapsüllerin karakterizasyonu (birinci seri çalışma) 59 4.1.1.1. ATR-FTIR spektrumu 59 4.1.1.2. Morfoloji 60 4.1.1.3. Kabuk çekirdek oranı ve kapsülleme verimi 62 4.1.1.4. Termal özellikler 63 4.1.2. Trikloroasetik asit ve trifloroasetik asit içeren PMUF kabuklu mikrokapsüllerin karakterizasyonu (ikinci seri çalışma) 64 4.1.2.1. ATR-FTIR spektrumu 64 4.1.2.2. Morfoloji 66 4.1.2.3. Kabuk çekirdek oranı ve kapsülleme verimi 68 4.1.2.4. Termal özellikler 69 4.1.3. PEI içeren PMUF kabuklu mikrokapsüllerin karakterizasyonu (üçüncü seri çalışma) 72 4.1.3.1. ATR-FTIR spektrumu 72 4.1.3.2. Morfoloji 73 4.1.3.3. Kabuk çekirdek oranı ve kapsülleme verimi 74 4.1.3.4. Termal özellikler 75 4.2. Kaplamaların Kendi Kendini Onarma Performansı 77 4.2.1. EPO/PUF mikrokapsüllerini içeren kaplamaların kendi kendini onarma performansı (birinci seri çalışma) 77 4.2.2. TCA/PMUF ve TFA/PMUF mikrokapsüllerini içeren kaplamaların kendi kendini onarma performansı (ikinci seri çalışma) 79 4.2.3. PEI/PMUF mikrokapsüllerini içeren kaplamaların kendi kendini onarma performansı (üçüncü seri çalışma) 80 4.3. Kaplamaların Karakterizasyonu 81 4.3.1. PUF-E kaplamalarının karakterizasyonu (birinci seri çalışma) 81 4.3.1.1. ATR-FTIR spekturumu 81 4.3.2. PMUF-TCA ve PMUF-TFA kaplamalarının karakterizasyonu (ikinci seri çalışma) 82 4.3.2.1. ATR-FTIR spekturumu 82 4.3.3. PMUF-PEI kaplamalarının karakterizasyonu (üçüncü seri çalışma) 84 4.3.3.1. ATR-FTIR spekturumu 84 5. SONUÇLAR 85 KAYNAKLAR 89