Epoksi silika nanokompozitler ve kaplama performansının incelenmesi
Epoxy/silica nanocomposites and investigation of their coating performance
Yazar: DERYA IŞIN
Danışman: PROF. DR. NİLHAN KAYAMAN APOHAN
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Organik Kimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2008
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Epoksi = Epoxy ; Katyonik polimerleşme = Cationic polymerization ; Polimerler = Polymers

Özet:
Organik-inorganik hibrit kaplamalar camın ve organik polimerlerin sahip olduğu özellikleri birarada taşır. Hibrit malzemelerin geliştirilmesinde başlıca sol ?jel yönteminden yararlanılır ve metal-alkoksitlerin hidroliz ve kondenzasyonu ile bir inorganik ağ oluşturulmasını içerir. Ardından inorganik ağın bağlı olduğu polimerize olabilen gruplar termal ya da yüksek enerjili ışıma yardımıyla sertleştirilirler. Polimer kaplamalarla kıyaslandığında, hibrit kaplamalar yüksek kimyasal ve mekanik dayanıklılık, yüksek optik özellikler, farklı yüzeylere karşı daha iyi uyumluluk gösterirler. Bunların dışında hibrit malzemeler düşük su absorbsiyonu ve su buharı geçirgenliğine de sahiptirler.Bu çalışmada, UV-ışınları ile sertleşebilen epoksi / silika nanokompozit kaplamalar hazırlanmıştır. Bu amaçla silika nanopartiküllerin yüzeyleri epoksi modifiye edilmiştir. Ardından epoksi modifiye partiküllerin, Cyracure UVR-6110 sikloalifatik epoksi reçinesi içinde dağılımları sağlanmıştır. Nanopartiküllerin organik polimere kovalent bağlarla bağlanması için katyonik polimerizasyon yönteminden yararlanılmıştır. % 0; 0,5; 1; 2; 4; 6 oranında modifiye ve modifiye edilmemiş silika içeren toplam 11 kompozit formülasyonü hazırlanmış ve Aluminyum levhalar üzerine uygulanmıştır. Kaplamalarda darbe, parlaklık, yapışma ve aşınma gibi performans testleri yapılmıştır. Darbe ve çapraz kesme testi kaplamanın Aluminyum substrata çok iyi yapıştığını göstermiştir. Bununla birlikte aşınma testi, modifiye edilmiş silikalarla kaplanan malzemelerin modifiye edilmemiş silikalarla kaplanan malzemelere göre, aşınmaya karşı daha dayanıklı olduğunu kanıtlamıştır.Ayrıca serbest filmlere, morfolojik, termal ve mekanik testler uygulanmıştır. Modifikasyonun ve silika miktarının serbest filmlerin morfolojilerine etkisi incelenmiştir. Buna göre modifiye edilmiş silika partikül boyutlarının modifiye edilmemiş silika partikül boyutlarının yaklaşık iki katı olduğu görülmüştür. Mekanik testler silika miktarı artışının malzemenin modülünü arttırdığını göstermiş, modifiye silika ilavesinin malzemenin hem kopma mukavemetini hem de kopma uzamasını arttırdığı bulunmuştur.Son olarak sikloalifatik epoksi kaplamaların kırılganlık problemini gidermek amacıyla, Cyracure UVR-6110 sikloalifatik epoksi reçinesi çeşitli oranlarda adipik asit ile modifiye edilmiştir. Adipik modifiye epoksi reçinesi ile hazırlanan epoksi / silika nanokompozit kaplamaların termal ve mekanik özellikleri incelenmiştir. Adipik asit ilavesinin polimerik filmlere esneklik kazandırdığı, kopma anındaki uzamayı arttırdığı ve adipik modifikasyonu ile hazırlanan kaplamaların termal kararlılıklarının daha yüksek olduğu gözlenmiştir.

Abstract:
The organic-inorganic hybrid coatings have combined properties of organic polymers and the glass. The widely employed method for preparing hybrid materials is the sol-gel technique involves a series of hydrolysis and condensation reactions of metal-alkoxides to form an inorganic network. Then, the polymerizable groups, which are attached to inorganic network, are thermally or radiation cured. Hybrid coatings have higher chemical and mechanical endurance, higher optical properties, and better compatibility to different surfaces compared to polymer coatings. On the other hand hybrid materials represent low water absorption and vapor permeability.In this study, UV-curable epoxy / silica nanocomposite coatings were prepared. For this reason, the surface of the silica nanoparticles were modified with epoxy groups. Next, epoxy-modified particles were dispersed in Cyracure UVR-6110 cycloaliphatic epoxy resin. For covalent bonding of nanoparticles to organic polymer, cationic polymerization method was used. Totally 11 composite formulations having 0, 0.5, 1, 2, 4, 6 weight percent modified and non-modified silicates were prepared and applied on to Aluminum substrates. Their impact, gloss, adhesion and abrasion performance were investigated. Impact and crosscut tests showed that adhesion of the coating onto the Aluminum substrate is very good. Additionally, abrasion test approved that the coatings prepared by modified silicates exhibit better abrasion resistance comparing to that of non-modified ones.On the other hand, morphological, thermal, and mechanical tests were performed on the free films. According to the results, the size of the modified silicates is two times bigger than that of non-modified. The mechanical tests demonstrated that increase in the silicate amount improves the modulus. The addition of modified silicate increases elongation and tensile strength at break of the material more than non-modified does.Finally, inorder to improve the brittle nature of the cycloaliphatic epoxy coatings, Cyracure UVR-6110 cycloaliphatic epoxy resin was modified with various amounts of adipic acid. Epoxy / silicate nanocomposite coatings prepared with adipic-modified epoxy resin were subjected to thermal and mechanical tests. It was found that addition of adipic acid makes the polymeric films more flexible, increases elongation at break, and the coatings have higher thermal stability.