Fosfor-kalkon esaslı polimerlerin sentezi ve alev geciktirici özelliklerinin incelenmesi
Synthesis of chalcone-phosphorus based polymers and investigation of their flame retardant properties
Yazar: İLAY CEREN ÇETİNKAYA
Danışman: PROF. DR. TARIK EREN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Fizikokimya Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Bilim ve Teknoloji = Science and Technology ; Kimya = Chemistry ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Alev geciktirici = Flame delayer ; Azot = Nitrogen ; Düzenleme ortaklık payı oranı = Regulation shareholding rate ; Kalkonlar = Chalcones ; Poliüretan = Polyurethane ; Silikonlar = Silicones

Özet:
Günümüzde polimerik malzemelerden yapılan eşyaların kullanımının artmasıyla, yangın sonrasında görülen maddi ve manevi zararlar da doğru oranda artmıştır. Çünkü günümüzde kullanılan polimerlerin pek çoğunun aleve karşı dirençleri zayıftır ve kolay tutuşabilmektedirler. Bu yüzden alev geciktirici (FR) malzemeler ile, malzemelerde ısıl direnci arttırarak, oluşabilecek zararları en aza indirebilmek ve mümkünse yok edebilmek hedeflenmektedir. Ancak günümüzde kullanılan bu
malzemeler, kimyasal yapıları gereği yangın sırasında farklı yapılar oluşturarak çeşitli yanma mekanizmaları sonucu çevreye saldıkları zehirli gazlardan ötürü zararlı olabilmekte yada polimerin içerisine katkı maddesi olarak kullanıldığında polimer matrisinin içerisine iyi dağılamadığı için zamanla alev geciktirici özelliklerini kaybedebilmektedirler. Bu yüzden tez çalışmamızın amacı olarak: Polimerin matrisine kovalent olarak bağlanabilecek ve kendiliğinden yanmazlık özelliğine sahip, içeriğinde halojen olmayan, günümüz standartlarında yönetmeliklere uygun alev geciktirici özellikte moleküllerin sentezi ve uygulamasıdır. Bu kapsamda fosfor içeren kalkon bazlı reaktif alev geciktirici moleküller sentezlenmiş ve polimerleri elde edildikten sonra termal özellikleri ve yanma mekanizmalarını incelenmiştir. Yapılan tez çalışmasının ilk kısmında: kendiliğinden yanmazlık özelliğine sahip, kalkon bazlı polifosfonatlar ve poliüretanlar sentezlenmiş ve FTIR, 1H, 13C, 31P - NMR, HR-MS, GPC ve ICP-OES ile karakterize edilmiştir. Sentezlenen polimer serilerinin termal kararlılığı, hem N2 hemde hava atmosferi altında TGA, TGA-FTIR
ve MCC ile test edilmiştir. Yapılan ısıl işlemlerden sonra, SEM-EDX ve XPS kullanılarak ısıl işlem sonrası kalıntıların analizi yapılmış ve ısıl işlem sonrası sonrası bozunma mekanizmaları önerilmiştir. Çalışmanın ikinci kısmında ise: diaminokalkon esaslı fosfoamido polimer sentezi çalışmaları yapılmıştır. Polimerizasyon veriminin çok düşük olması sebebi ile reçine içerisinde alev geciktirici malzeme olarak kullanılabilecek diaminokalkonsilikon ve fosfonat fonksiyonel molekül sentezlenmiş ve FTIR, 1H, 13C, 31P ve 29SiNMR ile karakterize edilmiştir. Bu katkı maddesi daha sonra poliüretan
formülasyonuna katılmış ve ısıl özellikleri TGA ile karakterize edilmiştir.

Abstract:
Today, usage of polymeric materials resulted in increasing of fires at high rate and cause social impact and expenses in daily life. Most of the polymers used today have poor resistance to flame and are easily ignited. Therefore, flame retardant (FR) materials, it is aimed to increase the thermal resistance of the materials, minimize the damages that may occur, and eliminate them if possible. However, these materials used today can form different structures during a fire due to their chemical structure and can be harmful due to the toxic gases they release to the environment because of various combustion mechanisms, or they can lose their flame retardant properties over time because they cannot be well dispersed into the polymer matrix when used as an additive in the polymer. Therefore, as the aim of our thesis: It is the synthesis and application of molecules that can be covalently bonded to the matrix of the polymer, have self-extingushing, does not contain halogens, and are flame retardant in accordance with current standards and regulations. In this context, chalcone-based reactive flame retardant molecules containing phosphorus were synthesized and their thermal properties and combustion mechanisms were investigated after their polymers were obtained. In the first part of the thesis, chalcone-based polyphosphonates and polyurethanes with self-extingushing properties were synthesized and characterized by FTIR, 1H, 13C, 31P -NMR, HR-MS, GPC, and ICP-OES. The thermal stability of the synthesized polymer series was tested by TGA and TGA-FTIR under both N2 and air atmospheres as well as MCC analysis. After thermal treatment, residue analysis was carried out using SEM-EDX and XPS, and decomposition mechanisms are proposed. In the second part of the study: diaminochalcone-based phosphoamido polymer synthesis studies were carried out. Due to the very low polymerization efficiency, diaminochalcone-silicon and phosphorus-containing molecule is synthesized and characterized by FTIR, 1H, 13C, 31P and 29Si-NMR. This molecule was then used in polyurethane formulation as a flame retardant material and thermal stabilities were tested by TGA