Metal yüzeye uygulanan endüstriyel inorganik organik hibrit sulu boyaların kimyasal ve fiziksel karakterizasyonu
Chemical and physical characterization of water based inorganic-organic hybrid paints applied onto the metal surfaces
Yazar: EVREN ÇİÇEK
Danışman: YRD. DOÇ. DR. ÜMRAN HİÇSÖNMEZ
Celal Bayar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Fizikokimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Akrilik = Acrylic ; Amino = Amino ; Epoksi = Epoxy ; Hibrit yöntem = Hybrid method ; Nanokompozitler = Nanocomposites

Özet:
Uçucu organik maddeler insan sağlığına ve çevreye büyük zararlar vermektedir. Boya endüstrisinde büyük oranda kullanılmakta olan bu maddeler yerine su bazlı boya ve kaplama konusunda çalışmalar günümüzde önem arz etmektedir. Seramik, polimer, cam ve metal gibi materyallerin kaplanmasında çevreye karşı duyarlı malzemelerin üretilmesi için geliştirilen proseslerden biri de sol-jel yöntemidir. Sol jel kaplamalar, birçok malzemenin yüzeyinin mekanik ve kimyasal dayanımının arttırılmasının yanı sıra yüzeye antireflektif, antiadhesif, antistatik, hidrofilik, hidrofobik ve oleofobik gibi özelliklerin kazandırılmasına da önemli katkılar sağlamaktadır.Bu çalışmada, bir epoksi silan glisidiloksipropil trimetoksisilan (Glymo) ile bir akrilik silan metakriloksipropil trimetoksisilan (Memo) ele alınmış ve bunların polimerizasyonu ile çevreye zararlı olmayan hibrit nanokompozit yapılar üretilmiş ve bu yapılar yüzey kaplaması olarak alüminyum nanopartiküller eşliğinde metal yüzeylere ısısal ve UV ışığı ile kürleştirme uygulanmıştır. Sol jel yöntemi ile bu moleküllerin asit katalizörlüğünde hidrolizi ve kondenzasyonu sağlanmıştır. Elde edilen prepolimerden Glymo için metalik görünümlü alüminyum nano partiküllerin dört çeşit pigmenti ve Memo için de üç çeşit pigmenti kullanılmıştır. Elde edilen kompozit yapıların kimyasal karakterizasyonu FT-IR, TG-DTA ile yapılarak yapısal polimerizasyon ve termal karakter incelenmiştir. TG-DTA ölçümü ile ortalama %42 oranında madde kaybı gözlenmiştir. Alınan SEM görüntüleri yüzeyde kompozit yapıların homojen bir şekilde oluştuğunu göstermektedir. Yüzeyin su ile yaptığı değme açısı ölçümleri, alüminyum nanopartiküllerinin kompozit yapıya farklı derecelerde hidrofilik/hidrofobik özellikler verdiğini göstermektedir. G1 numunesi 81 derece açı ile en hidrofilik numune olarak bulunmuştur. Sprey kaplama yöntemiyle alüminyum metali üzerinde elde edilen yapıların fiziksel özellikleri ASTM' ye göre testleri yapılarak korozyon, tutunma, çizilme performansları incelenmiştir.Sonuç olarak; örtücülüğü olan, su içerikli, çevreye karşı duyarlı olan boya oluşturulmuştur. Endüstriyel alanda yüzeyin koruyuculuğunu ve korozyon direncini arttırmak amacıyla uygulanan epoksi polyester karışımlı astar uygulamalarına rekabet edebilecek düzeyde koruma sağlayan, yüzeye iyi tutunan ve korozyon direnci güçlü bir kaplama elde edilmiştir.

Abstract:
Volatile organic molecules are pollute the environment and threaten the human life. Instead of large quantities of water-based paint and coating materials being used in this study is of great importance today. Sol-gel process is a candidate for the replacement of harmless materials as a painting method onto the metal, ceramic, glass, polymer surfaces as a protective agent. Sol-gel coatings contribute to the mechanical and chemical protection of materials and additionally provide antireflective, antiadhesive, antistatic, hydrophilic, hydrophobic feature to the surfaces.In this work, an epoxysilane Glymo (Glycidyl oxypropyl trimethoxysilane) (epoxy molecule carrier) and an acrylic silane Memo (methacryloxypropyltrimethoxysilane) (acrylic group carrier) have been polymerized for the synthesis of water based hybrid coatings which is harmless for the environment. These coatings were doped with industrially avaible aluminium particles and applied onto the metal surfaces with spray coating and cured by UV light and thermally. Sol-gel method was applied and acid based catalysis was used for the hydrolysis and condensation reactions. Obtained prepolymers were doped with metallic aluminium particles (four different fort he Glymo and three different fort he Memo) for the decorative applications. Chemical analysis of produced hybrid nanocomposite structures were conducted with FT-IR, NMR and TG-DTA analysis. As a result, TG-DTA measurement of material loss was observed with an average of 42%. After spray coating and curing, coating surface was analysed with Scanning Electron Microscope (SEM) and roughness, surface morphology, nanoparticle distribution phenomena was discussed and homogeneous particle distribution, durable paint formulation has been identified. Contact angles of the surfaces with water revealed that aluminium particles modulate the hydrophobicity/hydrophilicity of the coating surfaces. G1 plate sample measured 81-degree angle with the most hydrophilic. Mechanical investigation of the coatings has been done according to the ASTM standarts and corrosion, adhesion, scratch resistancy performances detected.As a result, water based, environmentally harmless hybrid nanocomposites have been produced with aluminium particles and their covering properties for the decorative aims observed in details. These new coatings are the possible industrial candidates for the replacement of the paints which use epoxy based primers with the same and/or better chemical and mechanical properties.