Biyobazlı kendiliğinden çapraz bağlanabilen fonksiyonel polimerik malzemelerin geliştirilmesi
Development of bio-based self-crosslinkable functional polymeric materials
Yazar: İLKAY GÜNEŞ
Danışman: DOÇ. DR. BURCU OKTAY
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı / Polimer Bilim ve Teknolojisi Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Kimya = Chemistry ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Dünya geliştikçe artan nüfus ve kısıtlı global kaynakların hızlı bir ivmeyle tükenmesi ile birlikte alternatif kaynak arayışı önemli bir konu haline gelmiştir. Sürdürülebilir ve yenilenebilir doğal kaynakların petrol türevli kaynaklar yerine geçmesi bilim insanları tarafından ilgi odağı olmaktadır. Polimer esaslı malzemelerin de üretiminde kullanılan petrol ve türevi ham maddelere karşılık biyo esaslı yenilenebilir doğal kaynaklar üzerine çalışmalar yürütülmektedir. Biyo içerikli doğal kaynaklardan biri de bitkisel yağlardır. Bitkisel yağlar doğada yenilebilen, kolay bulunabilen ve çevreye zararlı/toksik herhangi bir etkisi bulunmayan çevre dostu bitkisel kaynaklardır. Biyo içerikli malzemelerde en çok palm, keten tohumu, soya yağı, üzüm çekirdeği ve hint yağı tercih edilmektedir. İstenen amaca göre (mükemmel anti-korozif, anti bakteriyel, hidrofobik ve diğer mekanik performans) yağların fonksiyonelleştirilerek hedef polimer sentezinde performansı geliştirilebilmektedir.
Bu tez çalışmasında ise yağ esaslı sistemlerin hazırlanması ve karakterizasyonunu içeren iki bağımsız çalışma bulunmaktadır. Birinci çalışmada klik kimyasından yararlanılarak herhangi bir ajana/ katalizöre gerek kalmadan hızlı ve kendiliğinden çapraz bağlanabilen fonksiyonel hale getirilen bitkisel yağlardan hidrofobik özellikte polimer malzemelerin hazırlanması amaçlanmıştır. Bu amaçla bitkisel yağ ve biyo-bazlı amin kullanılarak Aza-Michael klik katılma reaksiyonu ile süperhidrofobik kaplamalar elde edilmiştir. Elde edilen kaplama ve film numunelerinin kimyasal, mekanik, termal ve yüzey özellikleri incelenmiştir. Farklı organik sıvı ve çözeltiler ile test edildiğinde self-cleaned (kendi kendini temizleme) özelliği gösteren kaplamaların fiziksel performans testleri de detaylı olarak araştırılmıştır. İkinci çalışmada ise amin-yne ve vinilog-üretan reaksiyonlarından oluşan dinamik kovalent bağlar sayesinde elde edilen kendi-kendini onarma özelliğine sahip çapraz bağlı ağ yapıdan biyo-esaslı filmler hazırlanmıştır. İçerisine farklı oranlarda metal organik kafes katkıları da eklenerek performans özellikleri incelenmiştir. Elde edilen malzemeler kendi-kendini onarım özelliği göstererek vitrimer malzeme grubuna katkı sağlamaktadır. İyileştirme işlemi sonrası da mekanik performansta olumlu gelişme görülmüştür.

Abstract:
In the worldwide, the increased population and limited global resources are getting more challenging day by day. Searching for alternative resources has become more trend topics  within these developments. Utilization of renewable and sustainable bio products in case of petroleum based materials is one of the focuses and trend by scientists. Bio-based products as vegetable oils are one of the natural raw materials in the synthesis of polymers. Vegetable oils can be easy-available, environmentally-friendly, renewable bio sources. Functionalization of the vegetable oils can be provided to create desired performance of the end product having anticorrosive, hydrophobic, antimicrobial, and re-processable properties.


Within this study, the focus is about synthesis and characterization of the bio-based coatings. There are two study; first one is about self-crosslinkable, fast and easy production of hydrophobic coating via click reaction (Aza-Micheal). In the scope of this purpose, superhydrophobic and biobased coatings have been prepared without any catalysis/agents.  %100 fully bio-based amin and acrylated epoxide soybean oil are the major point of the synthesis. The coatings obtained have investigated regarding chemical, thermal, mechanical and surface properties. When they tested with different organic liquids, the coating showed self-cleaned performance. Physical performance tests were also carried out detailed. The second major topic is related with producing bio-based films performing self-healing via dynamic covalent bonds occured between amin-yne and vinilogous urethane bonds. The formulation was enhanced by adding as different ratio of  metal-organic frames in order to observe effect of performance on the films. The released films showed self-healing performance, and better mechanical properties after self-healing process. The films can be shown as re-processable,  thanks to the structure of dynamic bonds. Therefore, the self-healing material can contribute to vitrimers.