Kendi kendini onarabilen poliüretan nanokompozit kaplamaların sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of self-healing polyurethane nanocomposite coatings
Yazar: SEDA AKHAN
Danışman: PROF. DR. NİLHAN KAYAMAN APOHAN ; DOÇ. DR. SEYFULLAH MADAKBAŞ
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Organik Kimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Kimya = Chemistry ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Nanokompozitler, mukavemet, sertlik, termal kararlılık ve hafiflik bakımından üstün özelliklere sahip olması gibi özellikleriyle verimlilik ve sürdürülebilirliği artırmak için pek çok uygulama alanında aranan malzemeler olarak öne çıkmaktadır. Buna karşın, nanokompozitler mezoskopik hasar (örneğin, mikro çatlaklar ve kavitasyon), bozulma ve yüzey çizikleri gibi dezavantajlara sahiptir. Kendiliğinden iyileşmenin polimer nanokompozitlerine uygulanması, elektronik, enerji, nakliye ve kaplamalar gibi birkaç çok işlevli uygulama için sürdürülebilir, daha güvenli ve daha uzun ömürlü materyallere yönelik yeni yönergeler sunmaktadır. Esneklik, kolay işleme, hafiflik ve adapte olma gibi doğal özelliklerinden dolayı çeşitli uygulamalar için çeşitli polimer esaslı malzemeler kullanılmıştır. Bununla birlikte, sentezlenmiş nanokompozitlerde çatlak oluşumu, polimer ve polimer kompozit sistemlerde görülenlere kıyasla çok kritik problemler arasındadır.
Bu tez çalışmasında, kendini onarma özelliğine sahip grafen oksit – poliüretan esaslı nanokompozit malzemeler geliştirilmiştir. Poliüretan nanokompozit kaplamanın mikrokapsüllenmiş azid – alkin siklo katılma reaksiyonu ile oluşan çatlakları onarması yoluyla kendini tamiri incelenmiştir. Alkoksisilan modifiye poliüretan prepolimeri ve perflorooktil alkoksisilanlarla birlikte susuz sol-jel yöntemiyle nanokompozit kaplamalar hazırlanmıştır. Ardından kendini onarma özelliğini sağlayan alkin fonksiyonel grafen oksit sentezi gerçekleştirilmiş ve çok fonksiyonlu azid içeren polivinilformal mikrokapsüller hazırlanmıştır. Poliüretan nanokompozit malzemeler içerisine eklenen bu bileşenlerle kendini onarabilen kaplamalar hazırlanmıştır. Hazırlanan serbest filmlerin DSC, TGA, SEM ve korozyon ölçümleri yapılarak karakterize edilmiştir. Kaplama yüzeyinde hasar oluştuktan sonra, azid alkin katılması reaksiyonları sonrasında malzemenin kendini onarmasını takiben mekanik mukavemetini geri kazanımı da incelenmiştir.

Abstract:
Nanocomposites stand out as promising materials in many applications in order to increase productivity and sustainability with their properties such as strength, hardness, thermal stability and lightness. However, nanocomposites have disadvantages such as mesoscopic damage (eg, microcracks and cavitation), distortion and surface scratches. The application of self-healing to polymer nanocomposites provides new guidelines for sustainable, safer, and longer-lasting materials for a number of multifunctional applications, such as electronics, energy, transport and coatings. Various polymer-based materials have been used for different applications due to their natural properties such as flexibility, easy processing, lightness and adaptability. The crack formation in nanocomposites is one of the critical problems compared to those seen in polymer and polymer composite systems.
In this thesis, a new self-healable graphene oxide - polyurethane based nanocomposite material was developed. The self-healing of the polyurethane coating was investigated via the microcapsulated azide - alkyne cycloaddition reaction to heal cracks. Nanocomposite coatings were prepared by an anhydrous sol-gel process using the alkoxysilane modified polyurethane prepolymer and perfluorooctylalkoxysilane. Then for the self-healing ability both the alkyne functional graphene oxide and multifunctional azide containing polyvinylformal microcapsules were synthesized. Finally, incorporation of these components into nanocomposite formulation, self-healable coatings were fabricated. The prepared films were characterized by DSC, TGA, SEM and corrosion measurements. The self-healing mechanism of the material was investigated that are able to recover their fundamental properties including mechanical strength after the damage occurred.