Yangına dayanıklı polimer sentezi ve karakterizasyon çalışmaları
Synthesis and characterization studies of flame retardant polymers
Yazar: DAMLA CANSU SEFA
Danışman: PROF. DR. TARIK EREN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Fizikokimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Bilim ve Teknoloji = Science and Technology ; Kimya = Chemistry ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Biyobozunur polimerler = Biodegradable polymers ; Doymamış poliesterler = Unsaturated polyesters ; Kopolimerler = Copolymers

Özet:
Yangın, toplumsal ölçekte en büyük problemlerden biridir. Endüstrileşmenin gün geçtikçe artmasıyla polimerik malzemelerin kullanımının artmasına bağlı olarak yanıcılık artmaktadır. Yanıcılık riskinin artması nedeniyle oluşabilecek maddi ve manevi zararları en aza indirebilmek veya tamamen ortadan kaldırabilmek için malzemelere alev geciktiricilerin eklenmesi gerekliliğini doğurmuştur. Bu kapsamda, inorganik, organik esaslı çok çeşitli alev geciktiriciler polimer matris içerisine katılmaktadır. Alüminyum trihidroksit, magnezyum dihidroksit gibi alev geciktiricilerin polimer matrisine yüksek dozda katılması gerekmektedir. Bu da mekanik özelliklere olumsuz etki etmekte ayrıca zamanla polimer, matristen salınım yaparak uzun süreli alev geciktirici özelliğin kaybolmasına sebep olmaktadır. Halojenli alev geciktiricilerin toksisitesi ve çevreye olan zararlı etkileri nedeniyle, daha çevre dostu olduğu düşünülen fosfor bazlı alternatiflerin kullanımına olan ilgi artmıştır. TCPP (tris (1-kloro-2 propil) fosfat), TEP (trietil fosfat), DOPO (9,10-Dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanthrene 10-oxide) gibi organofosfor bileşikleri polimerlerde alev geciktirici olarak kullanılmaktadır. Ancak inorganik katkılar gibi bu bileşikler de zamanla yüzeyden salınım yaparak polimer matrisin uzun süreli alev geciktirici özellikte olmasını engellemektedir. Bu tez çalışmasının amacı, kendiliğinden alev geciktirici özellikli ve yapıya kovalent olarak bağlanabilen moleküllerin sentezlenmesidir. Bu tez kapsamında, fosfor içeren monomerler; DOPO-maleik anhidrit (DOPO-MAH) ve DOPO-itakonik asit (DOPO-ITA) sentezlenmiş ve kendiliğinden alev geciktirici özellikli bir poliester reçine elde etmek için alev geciktirici katkı maddesi olarak poliester sentezinde kullanılmıştır. Poliesterler 1H ve 31P NMR, FTIR, viskozite ve indüktif eşleşmiş plazma-optik emisyon spektrometresi (ICP-OES) ile karakterize edilmiştir. Termogravimetrik analiz (TGA) ve TGA-FTIR analizi hem N2 hem de hava atmosferleri altında polimer serisinin termal kararlılığını test etmek için kullanılmıştır. Ayrıca, poliesterlerin yanıcılığını değerlendirmek için mikro ölçekli yanma kalorimetresi analizi (MCC) ve UL-94 testi de yapılmıştır. Son olarak polimerler vernik formülasyonunda kullanılmış ve ahşap plaka üzerine uygulanarak yapışma, sertlik, parlaklık ve çizilme testleri uygulanmış ve reçinelerin yüzeydeki özellikleri incelenmiştir.

Abstract:
Fire is one of the biggest problems on a society. As industrialisation increases day by day, flammability increases due to the increasing use of polymeric materials. In order to minimise or completely eliminate the material and moral damages that may occur due to the increased risk of flammability, it has become necessary to add flame retardants to the materials. In this context, a wide variety of inorganic and organic based flame retardants are added to the polymer matrix. Flame retardants such as aluminium trihydroxide and magnesium dihydroxide must be added to the polymer matrix at high doses. This has a negative effect on the mechanical properties and also causes the polymer to release from the matrix over time, resulting in the loss of long-term flame retardant properties. Due to the toxicity and harmful effects of halogenated flame retardants on the environment, interest has increased in the use of phosphorus-based alternatives, which are considered to be more environmentally friendly. Organophosphorus compounds such as TCPP (tris (1-chloro-2 propyl) phosphate), TEP (triethyl phosphate), DOPO (9,10-Dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanthrene 10-oxide) are used as flame retardants in polymers. However, like inorganic additives, these compounds are released from the surface over time and prevent the polymer matrix from being flame retardant for a long time. The aim of this thesis is to synthesise molecules with intrinsic flame retardant properties and covalently bonded to the structure. Within the scope of this thesis, phosphorus containing monomers; DOPO-maleic anhydride (DOPO-MAH) and DOPO-itaconic acid (DOPO-ITA) were synthesised and used in the synthesis of polyester as a flame retardant additive to obtain a polyester resin with intrinsic flame retardant properties. The polyesters were characterised by 1H and 31P NMR, FTIR, viscosity and inductively coupled plasma-optical emission spectrometry (ICP-OES). Thermogravimetric analysis (TGA) and TGA-FTIR analysis were used to test the thermal stability of the polymer series under both N2 and air atmospheres. Furthermore, micro-scale combustion calorimetry analysis (MCC) and UL-94 testing were also performed to evaluate the flammability of the polyesters. Finally, the polymers were used in the varnish formulation and applied on the wooden plate and adhesion, hardness, gloss and scratch tests were applied and the properties of the resins on the surface were analysed.