Çizilme direnci arttırılmış biyoesaslı aşırı dallanmış poliesteramid reçine sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of biobased hyperbranched polyesteramide resin with improved scratch resistance
Yazar: FEVZİ GÜL
Danışman: PROF. DR. SERKAN EMİK
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimyasal Teknolojiler Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Bu tez çalışmasında, iki komponentli poliüretan kaplamaların çizilme direncini geliştirmek ve petrol kökenli hammadde tüketimini azaltmak amacıyla biyobazlı hammadde kullanarak hidroksil fonksiyonlu reçineler sentezlenmiştir. Bu doğrultuda biyobazlı hammadde olarak 12-hidroksi stearik asit kullanılmıştır. Çizilme direncini geliştirmek amacıyla aşırı dallanmış mimariye sahip poliesteramid ve poliester reçineler sentezlenmiştir. Bu kapsamda iki farklı dialkanol amin ve bir adet triol kullanılarak yağ asitleri modifiye edilmiştir. Elde edilen amid ve ester yapılı biyobazlı polioller farklı mol oranlarında kullanılarak aşırı dallanmış polimerler sentezlenmiştir. Bu polimerler kullanılarak hazırlanan vernikler, aynı sertleştirici formülasyonu ile belirli bir NCO/OH oranına sahip olacak şekilde uygulanmıştır. Elde edilen poliüretan filmlere yönelik performans testleri gerçekleştirilmiştir. Sentezlenen polimerlerin kimyasal yapısı ve molekül mimarisinin nihai ürün üzerindeki etkileri incelenmiştir.

Yağ asidinin asit indisi, sabunlaşma indisi ve GC-MS ile kompozisyonu belirlenmiştir. FTIR-ATR analizleri ile yağ asidinin, sentezlenen aşırı dallanmış polimerlerin ve poliüretan filmlerin yapısal karakterizasyonu yapılmıştır. Aşırı dallanmış polimerlerin ve poliüretan filmlerin optik temas açıları belirlenmiş ve DSC analizleri ile camsı geçiş sıcaklığı bulunmuştur. Aşırı dallanmış polimerlerin ısıl karakterizasyonu için TGA analizleri, akış davranışlarının incelenmesi için reoloji analizleri, molekül ağırlığı ve polidispersitenin belirlenmesi amacıyla GPC analizleri ve dallanma derecesinin belirlenmesi için 13C-NMR analizleri gerçekleştirilmiştir. Poliüretan filmlere yönelik kuruma süresi, parlaklık, sarkaç sertliği, kalem sertliği, jel miktarı tayini, darbe testi, bükme testi ve çapraz kesme testi yapılmıştır.

Bu tez çalışmasında, dialkanol amin bileşiğindeki hidroksil grupları reaktivitesinin, reaksiyon gidişatını doğrudan etkilediği sonucuna varılmıştır. Amid gruplarının yapıya çizilme direnci kattığı gözlenmiştir. Çizilme direncinin yanı sıra polimerlerin ısıl kararlılıklarını da arttırmıştır. Ticari ürünlerle benzer performansa sahip biyobazlı aşırı dallanmış polimerler elde edilmiştir.

Abstract:
In this study, in order to improve the scratch resistance of two component polyurethane coatings and decrease the consumption of petrochemical feedstocks, hydroxyl functional resins were synthesized by using 12-hydroxy stearic acid as a bio-based feedstock. Hyperbranched polyesteramide and polyester resins were synthesized to improve the scratch resistance of coatings, Therefore, two different kinds of dialkanol amine and a triol were used to modify the fatty acid. Hyperbranched polymers were synthesized with different molar ratios from the synthesized bio-based polyols. These hyperbranched polymers were used to make varnishes. Then the varnishes were mixed with same hardener such a way that polyurethanes have been prepared with a determined NCO/OH ratio. Performance tests were applied to the obtained polyurethane films. The effect of chemical structure and molecular design of the synthesized polymers on final product was investigated.

Besides acid and saponification value, composition of the fatty acid was determined by GC-MS. Structural characterization of the fatty acid, hyperbranched polymers and polyurethane films was carried out by FTIR-ATR analyses. Optical contact angle measurements and determination of glass transition temperature with DSC analyses were done for both hyperbranched polymers and polyurethane films. Thermal characterization, rheology analyses, determination of the molecular weight and polydispersity and the degree of branching for hyperbranched polymers were carried out by TGA, rheometer, GPC and 13C-NMR respectively. Drying time, gloss, gel content, pendulum and pencil hardness, impact, bending and cross-cut tests were performed to investigate the performance of polyurethane films.  

In this thesis, it was concluded that the reactivity of hydroxyl groups in dialkanol amine have directly affected the course of reaction. It was observed that the presence of amide groups have improved the scratch resistance. It also improved thermal stability of the polymers. As a result, bio-based hyperbranched polymers that have similar performance with the commercial products were synthesized.