UV ve termal yolla sertleşebilen hibrit siyanat esterlerin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of UV and thermal dual curable hybrid cyanate esters
Yazar: FERHAT ŞEN
Danışman: DOÇ. DR. MEMET VEZİR KAHRAMAN
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Organik Kimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Nanokompozitler = Nanocomposites ; Polimer kompozitler = Polymer composites

Özet:
Yüksek performanslı termoset reçineler olan siyanat esterler yüksek termal kararlılık, mükemmel mekanik özellikler, iyi derecede radyasyon ve alev direnci, son derece düşük dielektrik sabiti, minimum gaz çıkışı ve minimum su absorblama kapasitesi gibi özellikleri nedeniyle yüksek performanslı elektronik ve havacılık uygulamalarında sıklıkla kullanılır. Epoksi, fenolik veya bismaleimid reçineler gibi büyük ticari ölçekli geleneksel reçineler ile karşılaştırıldığında, siyanat ester reçineler daha iyi entegre özelliklere sahiptir. Öte yandan, polifenilen oksit, polibensiklobüten veya poliimid reçineler gibi daha az ticari ölçekli reçineler ile karşılaştırıldığında, siyanat ester reçineler daha iyi işleme özelliğine, düşük maliyete ve böylece daha yüksek performans / maliyet oranına sahiptir.

Bu tezde, siyanat esterlerin özelliklerini geliştirebilecek çeşitli katkılarla, endüstrinin ihtiyaçlarını karşılayabilecek yüksek performanslı siyanat ester kompozit malzemelerin geliştirilmesi amaçlandı. Bu amaçla üç farklı çalışma yapıldı. İlk çalışmada, Bisfenol A disiyanat ester (BADCy) sentezlendi ve siyanat ester / nano elmas kompozit filmler hazırlandı. İkinci çalışmada; flor içeren siyanat ester olarak Bisfenol AF disiyanat ester (F-BADCy) sentezlendi ve flor içeren siyanat ester / nano elmas kompozit filmler hazırlandı. Üçüncü çalışmada ise, allil grubu içeren siyanat ester olarak 2,2?-Diallilbisfenol A disiyanat ester (DA-BADCy) sentezlendi ve literatürde ilk defa hem UV hem de termal polimerizasyon teknikleri aynı anda kullanılarak tiyol-en esaslı siyanat ester / boron fosfat (BPO4) kompozit filmler hazırlandı.

Sentezlenen siyanat esterlerin kimyasal yapıları fourier transform infrared (FT-IR) spektroskopisi ve nükleer manyetik rezonans (NMR) spektroskopisi teknikleriyle incelendi. Hazırlanan kompozit filmlerin kimyasal yapıları FT-IR analizi ile incelendi. Termal özellikleri termal gravimetrik analiz (TGA) ve diferansiyel taramalı kalorimetri (DSC) ile incelendi. Termal iletkenlikleri ısı akış metre metoduyla incelendi. Hidrofobik özellikleri temas açısı ölçümleri ile belirlendi. Yüzey morfolojileri taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve enerji dağılım spektroskopisi (EDS) ile incelendi. Ayrıca mekanik özellikleri, % jel içerikleri ve su absorblama kapasiteleri incelendi.

Elde edilen tüm sonuçlar değerlendirildiğinde; sentezlenen siyanat esterlerin üstün özelliklere sahip olduğu, çeşitli katkılarla bu özelliklerinin geliştirildiği ve hazırlanan kompozit malzemelerin endüstride kullanılabileceği sonucuna varıldı.

Abstract:
Cyanate esters, which are high-performance thermosetting, are frequently used in high performance electronic and aerospace applications due to their properties such as high thermal stability, excellent mechanical properties, radiation and ?ame resistance, extremely low dielectric constant, minimal out-gassing and minimal water absorption capacity. When it is compared to traditional resins with a large commercial scale such as epoxy, phenolic, or bismaleimide resins; cyanate ester resins have better integration properties. On the other hand, when we compare them with those less commercial scales such as polyimide, polyphenylene oxide, or polybencyclobutene resins, cyanate ester resins have better processing characteristics; lower price, and thus higher performance / price ratio.

In this thesis in order to provide the needs of the industry, we developed the high performance cyanate ester composite materials with various inorganic additives which could improve the properties of cyanate esters. For this purpose, three different studies were made. In the first study, Bisphenol A dicyanate ester (BADCy) was synthesized and cyanate ester / nano diamond composite films were prepared. In the second study, Bisphenol AF dicyanate ester (F-BADCy) which is the fluorine containing cyanate ester was synthesized and fluorine containing cyanate ester / nano diamond composite films were prepared. In the third study, 2,2 '-Diallilbisfenol A dicyanate ester (DA-BADCy) which is the allyl group containing cyanate ester was synthesized and this is the first time in the literature to prepare thiol-ene based cyanate ester / boron phosphate (BPO4) composite films, using UV and thermal polymerization techniques at the same time.

The chemical structures of the synthesized cyanate esters were investigated by fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) and nuclear magnetic resonance spectroscopy (1H-NMR and 13C-NMR) techniques. The chemical structures of the prepared composite films were investigated by FT-IR analysis. Their thermal properties were examined by thermogravimetric analysis (TGA) and differential scanning calorimetry (DSC). Their thermal conductivities were analyzed by heat flow meter method. Their hydrophobicity properties were determined by contact angle measurements. Their surface morphologies were investigated by a scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive spectrometer (EDS). Moreover, their mechanical properties, % gel contents and water absorption capacities were viewed.

When all results were evaluated, It was concluded that synthesized cyanate esters have superb properties, and these properties were developed with the various additives and prepared composite materials may be used in industry.