Poliüretan ve nanoboyutlu silika partikülleri kullanılarak süperhidrofobik yüzey eldesi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of obtained superhydrophobic surfaces by using polyurethane and nanosize silica particles
Yazar: TUĞBA KAYA
Danışman: PROF. DR. HÜSNÜ YILDIRIM ERBİL
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında, poliüretan ve uygun katkılar kullanılarak mekanik olarak çizilmeye dayanıklı süperhidrofobik yüzeyler elde edilmesi amaçlanmıştır. Akrilik ve silanlı poliol olarak iki farklı çeşit poliol; alifatik ve aromatik olarak da iki farklı izosiyanat tipi kullanılmıştır. Elde edilen kaplamaların su temas açıları ölçülmüş, kalem sertlik testleri yapılmış ve optik mikroskop görüntüleri alınmıştır. Akrilik poliol ve alifatik izosiyanat çifti oda sıcaklığında, aromatik izosiyanat ve silanlı poliol çifti oda sıcaklığı ve 60 oC sıcaklıkta olmak üzere iki farklı sıcaklıkta reaksiyona sokulmuştur. Alifatik izosiyanat ve akrilik poliolün katkı maddesi olmaksızın reaksiyonu ile elde edilen kaplamalar şeffaf ve çizilmeye dayanıklı iken, temas açıları 82o'den daha yüksek çıkmadığından, bunlar süperhidrofobik özellik göstermemiştir. Aromatik izosiyanat ve silanlı poliol ile elde edilen kaplamaların temas açıları daha yüksektir ancak bunların çizilmeye karşı mukavemetlerinin daha kötü olduğu gözlemlenmiştir. Süperhidrofobikliği elde etmek için cam kürecikler, plastik katkı maddeleri ve silika partikülleri gibi katkı maddeleri denenmiştir. 
Katkı maddesi kullanımının temas açısının arttırılması üzerinde olumlu etkisinin olduğu ancak sağlamlığı negatif olarak etkilediği gözlemlenmiştir. Sağlamlığı artırmak için kaplama altına ve kaplama üstüne alifatik izosiyanat ve akrilik poliolün reaksiyonu ile elde edilen sağlam kaplamayı yaptığımızda ise, kaplama mukavemetinde az da olsa iyileşme olurken, temas açısının azaldığı gözlemlenmiştir. Temas açıları, katkı maddesi olarak Aerosil A200 kullanıldığında en yüksek 149o; Aerosil A200'ün polimerleşme başladıktan sonra eklenmesi ile oda sıcaklığındaki reaksiyonda 154o ve 60 oC sıcaklıktaki reaksiyonda ise 159o olarak ölçülmüştür. Sonuç olarak, bu tez çalışmasında süperhidrofobik özelliğe sahip, temas açısı 150o'den büyük, ancak şeffaf ve çizilmeye karşı yeterince sağlam olmayan kaplamalar elde edilebilmiştir.

Abstract:
The objective of this thesis study is the synthesis of scratch resistant superhydrophobic coatings by using polyurethane and suitable additives such as fumed silica, glass beads, and polymer powders. Two different types of polyols were used as acrylic and silane based; two different types of isocyanates were used as aliphatic and aromatic isocyanates. Water contact angles and pencil hardness tests of obtained coatings were measured, and their optical microscope images were taken. While acrylic polyols and aliphatic isocyanates were reacted at room temperature, aromatic isocyanate and silane polyol were reacted at room temperature and at 60 oC to give polyuretahanes. When no additive powders were added, only a contact angle of 82o was obtained from the aliphatic isocyanate and acrylic polyol products which are scratch resistant and transparent. Aromatic isocyanates and silane polyols resulted coatings having larger contact angles but lower mechanical resistance. 
The addition of silica particles increased the contact angles however also resulted in insufficient mechanical resistance. Polylayer coatings were applied such as polyurethane obtained from aliphatic isocyanate and acrylic polyol was coated below and also above the silica containing polyurethane layers to increase the hardness of coating. The contact angles were measured to be 149o when Aerosil-A200 was used as a direct additive and 154o if Aerosil-A200 was added after polyurethane reaction started at room temperature; and 159o while the reaction was 60oC. In conclusion, superhydrophobic surfaces having contact angles larger than 150o were obtained without having enough mechanical hardness and transparency in this thesis study.