Biyo-esaslı epoksi-nanokompozit kaplamalar
Bio-based epoxy-nanocomposite coatings
Yazar: SEMİHA ERAL
Danışman: PROF. DR. NİLHAN KAYAMAN APOHAN ; DR. CEMİL DIZMAN
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Biyopolimerler = Biopolymers ; Epoksi = Epoxy ; Kardinal fonksiyonlar = Cardinal functions ; Nanokompozitler = Nanocomposites ; Yenilenebilir kaynak = Renewable resource

Özet:
Günümüzde polimerik malzemeler çoğunlukla petrol türevli kaynaklardan üretilmektedir. Ancak, petrol ve petrol türevi kaynakların yenilenebilir olmaması, çevreye verdiği zarardan ve kısıtlı olmasından dolayı yenilenebilir doğal kaynaklardan polimer malzeme üretimine son dönemlerde ilgi artmıştır. Epoksi reçine, termoset grubunda bulunan çok yüksek yapıştırma etkisi ile bilinen plastik bir malzemedir. Epoksi reçine yapımında sıklıkla Bisfenol A diglisidil eter (BADGE) kullanılır. BADGE'nın aromatik halkası, epoksi reçinelerde iyi bir termal direnç sağladığı için önemlidir. Fakat BADGE, östrojenik özellik göstermesinden dolayı endokrin bozucu kimyasal (EDC) olarak bilinmektedir. BADGE'nın plastik endüstrisinde yaygın kullanımı, çevreye dağılımına ve ciddi derecede çevre ve insan sağlığına zarar vermektedir. Bu nedenle alternatif epoksi reçinelerin geliştirilmesi büyük bir öneme sahiptir. Endüstride yeni bir yan ürün olan kaju fıstığı kabuğu sıvısından (CNSL) ekstrakte edilen kardanol ve kardanol türevleri bol miktarda üretilmeleri, çevreye ve insan sağlığına zararsız olmaları nedeniyle özellikle kaplama sektöründe kullanılmaya başlanmıştır. Kardanol'ün kimyasal yapısındaki fenol gurupları kimyasal ve fiziksel dayanımı artırırken ayrıca amin epoksi reaksiyonlarında katalizör görevinde bulunur. Kardanol üzerindeki alifatik zincir ise apolar özelliğinden dolayı su itici özellik göstererek beton ve metal yüzeylerde anti korozif özellik sağlar.
Tez çalışmasında, kardanol yapısı üzerinde bulunan fenolik hidroksil grubu epiklorohidrin ile reaksiyona sokularak tek fonksiyonlu epoksi-kardanol sentezlenmiştir. Daha sonra epoksi- kardanol üzerinde bulunan çift bağlar formik asit ve hidrojen peroksit varlığında epokside edilerek çok fonksiyonlu epoksitlenmiş kardanol elde edilmiştir. Aynı işlem soya yağının epoksidasyonunda da kullanılmıştır. Daha sonra kıyaslama amacıyla öncelikle BADGE ile amin sertleştirici reaksiyona sokularak metal yüzeyler üzerinde çapraz bağlı klasik kaplama malzemeleri elde edilmiştir. Ardından BADGE oranı düşürülerek içerisine biyo esaslı tek fonsiyonlu kardanol epoksi ve epoksitlenmiş kardanol eklenerek ve epokside kardanol yapılarının ve epoksitlenmiş soya yağının çapraz bağlı polimer kaplama özelliklerine etkileri incelenmiştir.

Abstract:
Nowadays, polymeric materials are mostly produced from petroleum-derived sources. However, the production of polymer materials from renewable natural resources has increased in recent years due to the lack of renewable petroleum and petroleum-derived resources since their environmental damage and its limited nature. Epoxy resins are a plastic material known to have a very high bonding effect in the thermoset group. Bisphenol A diglycidyl ether (BADGE) is used as an additive in epoxy resin production. The aromatic ring of BADGE is important because it provides good thermal resistance in epoxy resins. However, BADGE is known as an endocrine disrupting chemical (EDC) due to its estrogenic properties. The widespread use of BADGE in the plastics industry causes serious damage to the environment and human health. The development of alternative epoxy resins is therefore of great importance. Cardanol and cardanol derivatives extracted from cashew nut shell (CNSL), a new by-product in the industry, are being used in the coating industry especially because they are produced in abundance and are harmless to the environment and human health. Phenol groups in the chemical structure of cardanol increase chemical and physical resistance and also act as catalyst in amine epoxy reactions. The aliphatic chain on cardanol, on the other hand, provides anti-corrosive properties on concrete and metal surfaces by showing water repellent properties due to its apolar feature.
In the thesis, the phenolic hydroxyl group on the cardanol structure was reacted with epichlorohydrin to obtain a single functional epoxy-cardanol. Then the double bonds present on the epoxy-cardanol was epoxidized in the presence of formic acid and hydrogen peroxide. The same process was used in the epoxidation of soybean oil. The amine hardener was then reacted with BADGE to provide cross-linked coating materials on metal surfaces. Bio-based cardanol epoxy and epoxidized cardanol was replaced by BADGE in the formulation to investigate the effects of epoxidized cardanol structures and epoxidized soybean oil on crosslinked polymer structures.