UV-ışınları ile sertleşebilen fosfin oksit bazlı reçinelerin sentezi, karakterizasyonu ve sol-jel kaplamalarda kullanımı
Synthesis and characterization of UV-curable phosphine oxide based resin and using in sol-gel coatings
Yazar: ZUHAL HOŞGÖR
Danışman: DOÇ.DR. NİLHAN KAYAMAN APOHAN ; PROF.DR. ATİLLA GÜNGÖR
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2004
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
ÖZET UV- IŞINLARI İLE SERTLEŞEBİLEN FOSFİN OKSİT BAZLI REÇİNELERİN SENTEZİ, KARAKTERİZASYONU VE SOL-JEL KAPLAMALARDA KULLANIMI Günümüzde yeni ve üstün özellikli malzemelere olan ihtiyaç ve buna cevap verebilecek malzeme arayışları yoğun bir biçimde devam etmektedir. Bu alanda yapılan araştırma ve geliştirme çalışmalarının önemli bölümünü, üstün özellikli yeni malzemelerin üretimine imkan verecek farklı kimyasal yapılardaki monomer ve polimerlerin tasarım, sentez ve karakterizasyonuna yöne)ik çalışmalar oluşturmaktadır. 1970'lerde ortaya çıkan enerji ve çevre sorunlarına çözüm bulmak amacı ile kaplama endüstrisinde yapılan araştırma ve geliştirme çalışmaları yeni kaplama tekniklerinin doğmasına yol açmıştır. Bu tekniklerden biri olan UV (ultraviyole) ışınlan ile sertleşebilen kaplamalar, düşük enerji tüketimi, daha az çevre kirliliğine yol açması ve düşük sıcaklıklarda bile hızlı sertleşebilme avantajlarından dolayı pek çok alanda yaygın olarak kullanılmaktadır.bu tür kaplamaların en önemli uygulama alanları ahşap, kağıt, metal, karbon ve plastik endüstrisidir. ORMOCER®'ler sol-jel yöntemi ile sentezlenen ticari hibrit polimer malzemeleridir. Sol-jel yöntemi organik modifiye silisyum-alkoksidlerin kontrollü hidrolizi ve kondensasyonu ile inorganik ağın oluşturulması ve daha sonraki aşamada inorganik ağ bağlanmış polimerize olabilen grupların termal veya UV başlatıcı sistemler ile aktive edilerek reaksiyon vermesine dayanır. Bu iki aşamalı yöntem sonucunda bir inorganik-organik kopolimer ürün sentezlenir. Hibrit malzemelerin diğer kaplama malzemeleri ile karşılaştırıldığında koruyucu kaplama malzemesi olarak daha çok tercih edilme nedenleri arasında, bir çok farklı malzemeye iyi yapışmaları, farklı alternatif metotların kolaylıkla uygulanabilmesi, su absorpsiyonu ve su buharı geçirgenliklerinin düşük olması, kimyasal ve elektriksel olan yüksek dirençleri ve nemli ortama dayanmaları sayılabilir. vıBu çalışmada UV- ışınlan ile serbest radikal mekanizma ile polimerleşebilen fosfinoksit içeren reçine sentezlenmiş ve hibrit sol-jel kanşımına çapraz bağlayıcı olarak eklenip inorganik-organik hibrit kaplama malzemeleri sentezlenmiştir. Bu amaçla ilk önce akrilat fonksiyonlu fosfin oksit bazlı oligomer sentezi iki adımda gerçekleştirilmiştir. Birinci adımda bis (4-bidroksi fenil) fenil fosfin oksit, sodyum karbonat varlığında etilen karbonat ile reaksiyona sokularak bis[(4-p-hidroksi etoksi) fenil] fenil fosfin oksit sentezlenmiştir. İkinci adımda elde edilen ürünün trietilamin varlığında akriloilklorür ile reaksiyona girmesi sonucu iki ucun akrilik fonksiyonel gruplarla örtülmesi sağlanmıştır. Yan ürün amin tuzu ortamdan ayrılarak akrilat fonksiyonlu fosfin oksit reçinesi elde edilmiştir. Daha sonra akrilat fonksiyonlu fosfinoksit reçinesi, metakriloksipropiltrimetoksi silan ve tetra ortosilikat varlığında sol-jel prosesi kullanılarak reaksiyona sokulmuştur. Sentezlenen oligomer ile UV- ışınlan ile sertleşebilen çeşitli sol-jel formülasyonlar hazırlanmıştır. Kanşımdaki reçine oranının kaplama malzemesinin mekanik ve fiziksel özelliklerine etkileri sertlik, parlaklık, yapışma, darbe, deformasyon ve bükme testleri ve ayrıca kaplama malzemesinin termal davranışları Termal Gravimetrik Analiz (TGA) ve Gaz Kromotorafi-Kütle Spektroskopisi (GC- MS) ile incelenmiştir. Kasım-2004Zuhal HOŞGÖR

Abstract:
ABSTRACT SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION OF UV-CURABLE PHOSPHINE OXIDE BASED RESIN AND USING IN SOL-GEL COATINGS Today, a need for newer and more superior materials and a demand for providing necessary answers to this need have been going on intensively. Main parts of these researches and development activities in this field are consisted of studies of design, synthesis and characterization of different kinds of monomers and polymers which enable to produce new superior materials with various chemical structures. Energy shortages and ecological awareness of the 1970s have significantly influenced researches and development activities in coating industry. UV-curable coating applications have been continuously increasing since this technology combines advantages such as lower energy consumption, less environmental pollution and very rapid curing even at ambient temperatures. These coatings have been used in wood, paper, metal, carbon and plastic industry. ORMOCER®s are hybrid polymer materials synthesized by the sol-gel process. This process starts by bulding up an inorganic network through controlled hydrolysis and condensation of organically modified silisyum alkoxides. In a subsequent step, the polymerizable groups which are fixed to the inorganic network react with each other in a thermal or UV-initiated process. In this two stage process an inorganic- organic copolymer is synthesized. The use of ORMOCER®s as protective coatings offers many advantages compared to other materials that are; good adhesion on many different substrates, availability of many different application methods, low water absorption and water vapour permeation, high chemical and electrical resistance, stability in humid atmospheres. In the present study, UV-curable phosphine oxide based resin was synthesized and inorganic-organic hybrid materials were obtained by adding phosphine oxide based resin as a crosslinking agent. For this reason, first of all, acrylated phosphine vuiIn the present study, UV-curable phosphine oxide based resin was synthesized and inorganic-organic hybrid materials were obtained by adding phosphine oxide based resin as a crosslinking agent. For this reason, first of all, acrylated phosphine oxide based resin was achieved in two steps. In the first step, bis(4-hydroxyphenyl) phenylphosphine oxide was reacted with ethylene carbonate by using sodium carbonate as a catalyst to obtain bis[(4-fî~ hydroxyethoxy)phenyl] phenyl oxide. In the second step, bis[(4-{3- hydroxyethoxy)phenyl] phenyl oxide was reacted with acryloyl chloride in the presence of triethylamine and this leads acrylate functionalities at both ends. Acrylated phosphine oxide based resin was obtained by removing triethanolamine hydrochloride. After that, acrylated phosphine oxide based resin was reacted with methacryloxypropyltrimethoxysilane in the presence of tetraorthosilicate by using sol-gel process. Various sol-gel formulations, that are UV curable, were prepared and the effect of resin ratio in the mixture on the mechanic and physical properties of the coating material were examined through hardnes, gloss, adhesion, impact resistance and deformation tests and the thermal behaviours of it through thermal gravimetric analysis (TGA) and gas chromatography-mass spectrocopy. November-2004 Zuhal HOŞGOR IX