Nanokil içeren su esaslı akrilik emülsiyonların elde edilmesi ve film özelliklerinin incelenmesi
Preparation of waterborne acrylic emulsions containing nanoclay and investigation of their properties
Yazar: AYÇA BAL
Danışman: PROF. DR. SAADET KEVSER PABUCCUOĞLU
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimyasal Teknolojiler Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2008
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Günümüzde su esaslı akrilik polimer içeren emülsiyonlar hem çevre dostu olmaları ve hem de düşük maliyetleri dolayısıyla birçok alanlarda polimer esaslı malzemeler olarak tercih edilmektedirler. Özellikle son kat parlak ve sararmayan boyaların üretiminde kullanılırlar ve filmleri dış ortam şartlarına, çözücülere dayanım ve yüksek sertlik gibi üstün özelliklere sahiptirler. Nanoparçacık dolgulu sulu akrilik emülsiyonlardan elde edilen yüzey örtü maddelerinin, katkısız sulu akrilik emülsiyonlarla hazırlananlarınkine göre, daha üstün fiziksel ve kimyasal özelliklere sahip olduğu bilinmektedir.Bu tezle sunulan çalışmada klasik su esaslı akrilik emülsiyona nano parçacık olarak kil ve silika katılmasının emülsiyonun yüzey örtü özelliklerine etkilerinin incelenmesi amaçlanmıştır. Benzeri bir ticari emülsiyona aynı nanoparçacık katkılar katılarak bu emülsiyonun yüzey örtü özelliklerinin değişimi de incelenmiştir.İki grup çalışma gerçekleştirilmiştir. Birinci gruptakiler su esaslı akrilik emülsiyonun eldesi ve karekterizasyonudur. Öncelikle metil metakrilat (MMA), butil akrilat (BA), etil akrilat (EA) monomerleri kullanarak serbest radikal katılma polimerizasyonu mekanizmasına ve emülsiyon tekniğine göre terpolimeri içeren su esaslı akrilik emülsiyon (E) elde edilmiştir. Emülsiyondan çöktürülerek ayrılan terpolimer Fourier Transform Infrared Spektroskopisi (FTIR) ve Differantial Scanning Calorimeter (DSC) teknikleri kullanılarak karakterize edilmiştir.İkinci gruptaki çalışmalar nanoparçacık içeren emülsiyonların eldesi, bu emülsiyonlardan filmlerin hazırlanması ve standart yüzey örtü testlerinin uygulanmasıdır. Birinci adımda, hazırlanan emülsiyona (E) ve benzeri ticari emülsiyona (KE) çeşitli oranlarda silika ve kil bileşiği olarak montmorillonit (MMT) nanoparçacıkların katılmasıyla yeni nanokompozit emülsiyonlar (Si-E, MMT-E, Si-KE ve MMT-KE) hazırlanmıştır.Silika ve MMT nanoparçacıkların miktarı, reaksiyonda kullanılan toplam monomer miktarına göre, ağırlıkça % 1, 1.5, 2, 3, 5 ve 10 olacak şekilde seçilmiştir. İkinci adımda ise tüm emülsiyonlardan hazırlanan filmlere standart yüzey örtü maddesi testleri ( kuruma derecesi, sertlik, yapışma, parlaklık, su dayanımı, çözücü dayanımı ve çevre şartlarına dayanım) uygulanmıştır. Sonuçlar karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir.Bu çalışmada hazırlanan silika ve MMT nanoparçacık katkılı su esaslı akrilik emülsiyonların, çevre dostu, düşük maliyetli, yüksek performanslı parlak emülsiyon tip nano boyaların üretiminde kullanılabileceği saptanmıştır.

Abstract:
Nowadays waterborne acrylic emulsions are preferred in many fields as polymer based materials due to both environmentally friendly and their low cost. They are especially used in the production of and not paleness topcoats and their films have excellent properties such as high weather resistance, solvent resistance and hardness. It is known that, surface coating materials which are produced by water based acrylic emulsions with nanoparticle fillers have higher physical and chemical properties than surface coatings which are produced water based acrylic emulsions without fillers.The aim of the study presented this thesis is that the investigation of the effects of the addition of clay and silica as nanoparticle to the conventional waterborne acrylic emulsion on the surface coating properties of the emulsion. The changes of the surface coating properties of the similar commercial emulsion by the addition of the same nanoparticles were also investigated.Two groups experiment were realized. In the first group experiments, waterborne acrylic emulsion was obtained and characterized. Firstly, waterborne acrylic emulsion which contains terpolymer was obtained by using methyl methacrylate (MMA), ethyl acrylate (EA) and butyl acrylate (BA) monomers according to the free radical addition polymerization mechanism and emulsion tecnique. Terpolymer separated from emulsion by the coagulation was characterized by using Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and Differantial Scanning Calorimeter (DSC) tecniques.In second group experiments, the emulsions containing nanoparticles were prepared, the films were obtained from these emulsions and standart surface coating tests were applied. In first step, novel nanocomposite emulsions (Si-E, MMT-E, Si-KE and MMT-KE) were prepared by the addition diffent amounts of silica and MMT as clay compound nanoparticles to the emulsion (E) prepared and the similar commercial emulsion (KE). The amounts of nanoparticles silica and MMT were selected as 1, 1.5, 2, 3, 5 ve 10 wt % according to the total monomer amount used in the reaction. In the second step, standart surface coating tests (drying degree, hardness, adhesion, gloss, water resistance, solvent resistance, wet-dry and heat cycle tests) were applied to the films prepared from all emulsions. The results were evaluated comparatively.It was determined that waterborne acrylic emulsions containing silica and MMT nanoparticles prepared in this study can be used in the manufacturing of the lustrous emulsion type nano paint with low cost, high performance and environmentally friendly.