Akrilik asit ve 2-hidroksietil metakrilat aşılı poli(etersülfon) ve poli(etersülfon)/grafen oksit nanokompozitlerin hazırlanması, karakterizasyonu ve kaplama malzemesi olarak kullanımları
Preparation and characterization of acrylic acid and 2-hydroxyethyl methacrylate grafted poly(ethersulfone) and poly(ethersulfone)/graphene oxide nanocomposites and their use as coating material
Yazar: KÜBRA KAYA
Danışman: PROF. DR. DİLEK ŞOLPAN ÖZBAY
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Bu tez çalışmasında boya bileşenlerinden olan, kaplama endüstrisinde kullanılan polimer 
reçineleri yani bağlayıcılar ile ilgili çalışmalar planlanmış, polimer/grafen bazlı 
nanokompozit kaplamaların hazırlanması ve karakterizasyonu kapsamında deneysel 
çalışmalar yapılmıştır. Nanokompozitlerin hazırlanması sırasında; matris olarak 
poli(etersülfon) (PES) polimeri, takviye malzemesi olarak ise fonksiyonel gruplara sahip 
olmalarından dolayı, polimer matrislerine daha kuvvetle yapıya dahil olabilecek grafen
oksit (GO) nanotozu kullanılmıştır. GO'nun hidrofilik özellik göstermesinden dolayı; 
PES matrisine hidrofilik yapısının arttırılması için GO eklenerek PES/GO nanokompozit 
malzemeleri hazırlanmıştır. Polimer yapılarında bozunmaya uğramadan nanokompozit 
oluşturulabilmesi için, nanokompozitlerin hazırlanması çözeltiden eriyik metodu ile 
ultrasonikasyon ve emdirme yöntemlerinin birlikte kullanılması ile yapılmıştır. 
Ultrasonikasyon yönteminde, uygun zaman ve karıştırma hızları aralığı seçilerek, 
ultrasonikatör kullanılmıştır. Bir sonraki çalışma bölümünde ise, filmlerin ve 
nanokompozit malzemelerin yüzey modifikasyonları ultraviyole (UV) ile başlatılan aşı 
polimerizasyon çalışmaları ile sağlanmıştır. İlk olarak PES polimeri diklorometanda 
(DCM) çözüldükten sonra filmi oluşturulmuş ve filme değişik monomer bileşimi, 
ışınlama süresi ve ışınlama mesafelerinde sırasıyla akrilik asit (AAc) ve 2-
hidroksietilmetakrilat (HEMA) aşılanması çalışmaları yapılarak optimum aşılama 
parametreleri tayin edilmeye çalışılmıştır. PES/diklorometan (DCM)/GO ve PES/Nmetil-2-pirolidon (NMP)/GO nanokompozitleri oluşturulmuştur, ancak PES/DCM/GO 
dispersiyon solüsyonundan homojen filmler oluşturulamadığı için homojen film 
oluşturan PES/NMP/GO dispersiyon solüsyonlarından elde edilen filmler ile 
PES/NMP/GO dispersiyonlarına dispersiyon ortamında olmak üzere iki farklı şekilde
aşılama çalışmaları yapılmıştır. PES polimerinin 280-400 nm dalgaboyu aralığında UV 
ışığına duyarlı olmasından dolayı başka bir fotobaşlatıcıya gerek duyulmadan PES'in 
kendisi fotobaşlatıcı olarak davranmıştır. Elde edilen tüm yapıların spektroskopik 
karakterizasyonları Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi (FTIR), Raman 
Spektroskopisi, X-Işını Difraksiyon Spektroskopisi (XRD), X-Işını Fotoelektron 
Spektroskopisi (XPS), Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ile yapılmıştır. Aşılama 
sonucu gravimetrik yüzde aşılama verimleri hesaplanmıştır, yüzey modifikasyonu sonucu 
yüzeylerin hidrofilik/hidrofobik karakterizasyonları temas açısının ölçülmesi ile 
belirlenmiştir. Yüzey morfolojisi ile ilgili ölçümler SEM ve Confomap yazılımının 
kullanıldığı dijital mikroskop ile yapılmış, yüzey pürüzlülüğü ve temas açısı sonuçları 
birlikte değerlendirilmiştir. AAc ve HEMA ile GO, PES'in hidrofilik karakterini 
arttırmıştır. AAc ve HEMA monomerleri hidrofilik yapılarından dolayı, aşı 
polimerizasyonu sonucu oluşan yapılarda temas açısı değerlerini düşürmüş, GO 
varlığında ve yokluğunda AAc ve HEMA aşılanmış yapılarda hidrofilikliğin arttığı tayin 
edilmiştir. Ayrıca dispersiyon ortamında yapılan ve UV ile başlatılan aşılama sonucu, 
dispersiyon ortamında yapılan aşılamanın film yüzeylerine yapılan aşılamadan daha 
yüksek verimle gerçekleşmesi nedeniyle temas açısı sonuçları film yüzeyine yapılan 
aşılamalarla elde edilen yapılarda daha fazla azalmış ve yüzey hidrofilikliği daha da 
artmıştır. Elde edilen ve GO varlığında ve yokluğunda aşılanmış ve aşılanmamış yapıların 
spektroskopik, ısıl ve mekanik karakterizasyonları yapılmış ve sonuçlar 
karşılaştırılmıştır.

Abstract:
In this thesis, studies on polymer resins which are binders used as paint component in the 
coating industry, are planned and experimental studies are carried out within the scope of
the preparation and properties of polymer/graphene-based nanocomposite coatings. 
During the preparation of nanocomposites; poly(ethersulfone) (PES) polymer was used 
as the matrix, and graphenoxide (GO) nanopowder, which could be included in the 
polymer matrix more strongly due to the functional groups, was used as the reinforcement 
material. Due to the hydrophilic nature of GO; PES/GO nanocomposite materials were 
prepared by adding GO to the PES matrix to increase its hydrophilic structure. In order 
to form nanocomposites without decomposing in polymer structures, the preparation of 
nanocomposites was made by using the solution-to-melt method together with 
ultrasonication and impregnation methods. In the ultrasonication method, an 
ultrasonicator was used by selecting the appropriate time and mixing speed range. In the 
next study, surface modifications of films and nanocomposite materials were provided by 
UV-initiated graft polymerization studies. Firstly, after the PES polymer was dissolved 
in dichloromethane (DCM), its film was formed and the optimum grafting parameters 
were determined by performing acrylic acid (PAAc) and 2-hydroxyethylmethacrylate 
(HEMA) grafting studies on the film at different monomer composition, irradiation time 
and irradiation distances, respectively. PES/dichloromethane (DCM/GO) and PES/Nmethyl-2-pyrrolidone (NMP/GO) nanocomposites were formed, but since homogeneous 
films could not be formed from PES/DCM/GO dispersion solution, homogeneous films 
obtained from PES/NMP/GO dispersion solutions and grafting studies were carried out 
two different ways; films and dispersions. Since PES polymer is sensitive to UV light in 
the wavelength range of 280-400 nm, PES itself acted as a photoinitiator without the need 
for another photoinitiator. Spectroscopic characterizations of all the structures obtained 
were performed with Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Raman 
Spectroscopy, X-Ray Diffraction Spectroscopy (XRD), X-Ray Photoelectron 
Spectroscopy (XPS), Scanning Electron Microscopy (SEM). Gravimetric percent 
grafting efficiencies were calculated after grafting, hydrophilic/hydrophobic 
characterizations of the surfaces as a result of surface modification were determined by 
measuring the contact angle. Measurements related to surface morphology were made 
with SEM and digital microscope using Confomap software, surface roughness and 
contact angle results were evaluated together. With AAc and HEMA, GO increased the 
hydrophilic character of PES. We determined that due to the hydrophilic nature of AAc 
and HEMA monomers, the contact angle results decreased in the structures formed as a 
result of graft polymerization, and the hydrophilicity increased in the AAc and HEMA 
grafted structures in the presence and absence of GO. In addition, we see that the results 
of the contact angle as a result of the UV-initiated grafting made from the dispersion
decrease more in the structures obtained by the grafting on the film surface and the surface 
hydrophilicity increases further. This result shows that grafting in dispersion medium is 
more efficient than grafting on film surfaces. Due to the hydrophilic nature of AAc and 
HEMA monomers, the contact angle values of the structures formed as a result of graft 
polymerization decreased, and the hydrophilicity of AAc and HEMA grafted structures 
increased in the presence and absence of GO. In addition, the results of the contact angle 
as a result of the grafting done in the dispersion medium and initiated with UV decreased 
more and the surface hydrophilicity was further increased in the structures obtained by 
grafting on the film surface. This is due to the fact that the grafting made in the dispersion
medium is carried out with a higher efficiency than the grafting made on the film surfaces. 
Spectroscopic, thermal and mechanical characterizations of grafted and non-grafted 
structures in the presence and absence of GO were performed and the results were 
compared.