Alkali dirence sahip akrilik emülsiyon polimerlerinin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of alkali resistant acrylic emulsion polymers
Yazar: BUSE MÜZEYYEN POYRAZ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ İLKE ANAÇ
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Kimya = Chemistry ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Endüstride en yaygın olarak kullanılan polimerizasyon türü emülsiyon polimerizasyonudur. Sıcaklık kontrolünün kolay olması, reaksiyon süresinin kısa olması, istenilen viskozitede ürün sentezlenebilmesi ve yüksek molekül ağırlığına sahip polimerlerin sentezlenebilmesi bu yöntemin en büyük avantajlarındandır. Bu tez kapsamında alkali (yüksek pH) ortama dayanıklı akrilik polimerlerin sentezi amaçlanmıştır. Bu çalışmada, 20°C camsı geçiş sıcaklığına (Tg) ve %50 (w/w) katı madde oranına sahip Stiren/Bütil Akrilat (S/BA) kopolimerleri emülsiyon polimerizasyonu yöntemi kullanılarak sentezlenmiştir. Kullanılan S/BA oranları 20°C Tg'yi sağlayacak şekilde ayarlanmıştır. Fonksiyonel monomer olarak Akrilamit ve Akrilik Asit sırasıyla ağırlıkça %0,5 (w/w) ve %0,3 (w/w) oranlarında kullanılmıştır. Ayrıca, çapraz bağlayıcı sitemlerin alkali dayanım üzerine etkisi araştırılmış olup bu araştırma için reaksiyon sırasında çapraz bağlanan sistem olan Allil Metakrilat(AMA) ile kürlenme sırasında çapraz bağlanan sistemler olan N-Metilol Akrilamit (NMA), N-isobütoksi Metil Akrilamit (IBMA) ve Diaseton akrilamit ile Adipik asit dihidrazit (DAAM+ADH) sistemleri kullanılmıştır. Sentezlenen bütün polimerlerin karakterizasyon testleri yapılmıştır (Tg, pH, viskozite, ortalama tanecik boyutu, %katı madde miktarı). Polimerlerin alkali dayanımlarını test etmek için hazırlanan alkali solüsyonda 24 saat 60°C'de bekletilen polimer filmlerine çekme-kopma testi uygulanmış ve sonuçları incelenmiştir. Yapılan bütün testler sonucunda; NMA sistemlerinin daha yüksek mukavemet sahip olduğu görülmüştür. IBMA'nın NMA'ya kıyasla daha düşük mukavemete sahip olduğu fakat alkali solüsyona maruz kaldıktan sonra mukavemet değerindeki kaybın daha az olduğu gözlemlenmiştir. Ayrıca reaksiyon sırasında çapraz bağlanan sistem olan AMA'nın eklenmesinin mukavemeti arttırdığı kanıtlanmıştır. Alkali ortama dayanıklı polimer sentezi amaçlı yapılan bu tez kapsamında S/BA sistemine sahip AMA ve NMA çapraz bağlayıcılarının beraber kullanıldığı sistemlerin alkali dayanımlarının yüksek olduğu görülmüştür. DAAM+ADH sistemlerinde meydana gelen stabilite sorunundan dolayı bu polimerlere mekanik testler uygulanamamıştır.

Abstract:
Emulsion polymerization is the most commonly used polymerization technique in the industry. The advantages of this method is easiness to control temperature, short reaction time, product synthesis at desired viscosity and synthesis of high molecular weight polymers. In this thesis, we aimed to synthesise alkali (high pH) resistant acrylic polymers. In the study, styrene-  butyl acrylate (S / BA) copolymers having 50% solids content and 20°C glass transition temperature (Tg) were synthesized using emulsion polymerization. The S/BA ratios were adjusted to obtain copolymers having Tg at 20°C. Acrylamide and acrylic acid were used as functional monomers in 0.5% (w/w) and 0.3% (w/w) ratios, respectively. The effect of cross-linking systems on alkali resistance was investigated. Allyl methacrylate (AMA), which cross-links during reaction, and N-methylol acrylamide, n-isobutoxy methyl acrylamide and diacetone acrylamide and adibic acid dihydrazide (DAAM + ADH) systems which cross-link during curing, were used as crosslinkers. The Tg, pH, viscosity, average particle size and %solid content of the all the polymers were measured. In order to test the alkali resistance of the synthesized polymers, tensile tests were also applied to polymer films before and after keeping them in alkaline solution  at 60°C for 24 hours in. As a result of all tests,  NMA systems  has the highest strength among all the crosslinking systems used before and after exposure to alkaline solution  As the polymers prepared using IBMA has lower strength than NMA,  the strength loss were lower than the NMA.after keeping in alkaline solution. In addition the addition of AMA improved the strength of the polymers, The systems having AMA and NMA crosslinkers together with S/BA has  the highest alkali resistance. Due to the stability problem in DAAM systems, mechanical tests were not applied to these polymers and the results were not obtained.