Akrilik poliol ve izosiyanat bazlı poliüretan içine nanoboyutlu inorganik partikül katkılı süperhidrofobik yüzey sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of a superhydrophobic surface by using nanosized inorganic particles incorporated in acrylic polyol and isocyanate based polyurethane
Yazar: HİLAL AKSUNGUR BÜYÜKYEKDELİ
Danışman: PROF. DR. HÜSNÜ YILDIRIM ERBİL
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Poliüretan = Polyurethane

Özet:
Yüzeyinde 150°'den büyük su temas açıları veren yüzeyler süperhidrofobik yüzey olarak tanımlanır. Suyu iten yüzeylerin gerek endüstride gerekse de akademide birçok alanda uygulanma potansiyeli vardır. Çatılarda, pencerelerde, otomotiv endüstrisinde, güneş panellerinde, çanak anten yüzeylerinde, kamera koruyucu ön camlarında kullanılması amaçlanmaktadır.
Bu tez çalışmasında, mekanik direnci yüksek süperhidrofobik poliüretan (PU) kaplama sentezi için iki farklı hidroksil sayısına sahip akrilik poliol ve alifatik, aromatik, izosiyanat kullanıldı. Oluşan kaplamanın yüzey pürüzlülüğünü arttırmak için silika partikül (SiO2) katkısı tercih edildi. Kaplamaların optik mikroskop görüntüleri, temas açısı ölçümleri ve ASTM 3363 standardına uygun olarak kalem sertlik testleri yapıldı. P2 kodlu akrilik poliolun, aromatik izosiyanat reaksiyonu ile elde edilen, Aerosil R 974 hidrofob silika (ağırlıkça %23) katkılı PU kaplamaların su temas açısı değeri 175-180°, mekanik dayanımı ise 5H olarak rapor edildi. Hazırlanan yeni reçetelerde P1 ve P2 kodlu poliollerin miktarı %20 oranında arttırıldı. Bu yeni kaplamaların sonuçları incelendiğinde 6H kalem sertliği değerinde mekanik dayanımı olan,  süperhidrofobik özellik gösteren yüzeylerin elde edildiği görüldü. Aerosil R 972 ve R 974 silikalarının beraber kullanımı sonucu mekanik dayanımında artış saptandı.
Netice olarak bu tez çalışmasında P2 poliolü, aromatik izosiyanat, Aerosil R 974 hidrofob silikanın kullanılmasıyla 175-180° su temas açısı değeri ve 5H kalem sertliği değerinde süperhidrofobik kaplamalar; P2 poliolünün %20 oranında arttırılmasıyla ve Aerosil R 974 kullanımıyla 175-180° su temas açısı değeri ve 6H kalem sertliği değerine sahip PU kaplamalar; ve P1 poliolü, alifatik izosiyanat Aerosil R 972 ve Aerosil R 974 hidrofob silikaların birlikte kullanılmasıyla da 150° su temas açısı değeri ve 7H kalem sertlik değerine sahip süperhidrofobik kaplamalar elde edilmiştir.

Abstract:
The surfaces giving water contact angles which are greater than 150o on them are defined as superhydrophobic surfaces. Such water repellent surfaces have the potential to be applied in many fields both in industry and academy. They are planned to be used on roofs, glass windows, solar panels, antenna surfaces, camera protective glasses and in automotive industry.
In this thesis, two acrylic polyola having different hydroxyl numbers and both aliphatic and aromatic isocyanates were used for the synthesis of superhydrophobic polyurethane (PU) coatings having high mechanical resistance. In order to increase the surface roughness of the resulting coatings, silica particles (SiO2) were incorporated into the PU solutions. The optical microscope images of the coatings, contact angle measurements and pencil hardness tests were performed in accordance with the ASTM 3363 standard. Superhydrophobic coatings giving 175°-180° water contact angles and having a 5H pencil hardness were obtained by the reaction of P2 code acrylic polyol with aromatic isocyanate and addition of Aerosil R 974 hydrophobic silica (23% by weight). When the amounts of P1 and P2 coded polyols were increased by 20% then superhydrophobic surfaces with 6H pencil hardness were obtained. When Aerosil R 972 and R 974 silicas were used together, then it was determined that the mechanical strength of the coatings were further increased.
In conclusion, in this thesis work, a superhydrophobic PU surface having a contact angle of 175° and 5H pencil hardness resistance was obtained when P2 polyol, aromatic isocyanate, and hydrophobic Aerosil R 974 silica were used. PU coatings with 175-180° water contact angles and 6H pencil hardness value were also obtained by increasing the P2 polyol content by 20% and using Aerosil R 974 silica. Superhydrophobic coatings having 150° water contact angles and 7H pencil hardness were produced by the use of P1 polyol, aliphatic isocyanate and both of the Aerosil R 972 and Aerosil R 974 hydrophobic silica powders.