Kendi kendini onarabilen polimerler
Self-healing polymers
Yazar: ELİF KAYMAZLAR
Danışman: PROF. DR. ÖMER ANDAÇ
Ondokuz Mayıs Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Kimya = Chemistry ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Anorganik kimya = Inorganic chemistry ; Fizikokimya = Physical chemistry ; Kopolimerler = Copolymers

Özet:
Elastomerler sahip oldukları eşsiz özellikler nedeniyle endüstride bir çok alanda kullanılıyor olmalarına karşın yapılarındaki kuvvetli kovalent bağlar nedeniyle geri dönüşüme uygun değillerdir. Bu nedenle kullanım ömrünü tamamlayan elastomerler atık olmakta ve çevre kirliliğine yol açmaktadırlar. Bu noktada kendi kendini onarabilen polimerler uzun kullanım ömürleri ile hem ekonomik hem de çevre kirliliğini azaltmalarından dolayı son yıllarda büyük önem kazanmışlardır. Bu çalışmada dinamik koordine kovalent bağlar kullanılarak kendi kendini onarabilen ve geri dönüştürülebilir silikon elastomerler sentezlenmiştir. Sentezlenen elastomerlerin kendi kendini onarabilen ve geri dönüştürülebilen sualtı yapışkan malzeme olarak kullanım performansı incelenmiştir. Metal-ligand bağ türünün polimer özellikleri üzerindeki etkisini araştırmak için farklı metal- ligand koordinasyonları kullanılmıştır. Sentezlenen silikon elastomerlerin kendi kendini onarma performansları mekanik test cihazı kullanılarak belirlenmiştir. Elastomerlerin kimyasal yapı analizleri UV-Vis spektroskopisi ve FT-IR spektroskopisi, termal özellikleri TGA, dinamik mekanik özellikleri DMA ve reolojik özellikleri MDR cihazı kullanılarak incelenmiştir. Ayrıca metal- ligand bağının bağ enerjisi kuantum mekaniksel yöntemler ile hesaplanmış ve bağ enerjisi ile polimer özelliklikleri arasındaki ilişki incelenmiştir.
Elastomerlerin sualtı yapışkanlık kuvvetleri mekanik test cihazı ve el yapımı test düzeneği kullanılarak ölçülmüştür. Nikel koordinasyonu ile iyi onarma, geri dönüşüm ve tersinir su altı yapışması elde edilmiştir. QTNi, cam, ahşap, çelik, alüminyum ve teflon gibi çeşitli yüzeylerde güçlü, tersinir yapışma sergilediği görülmüştür. Sualtında kendi kendini onarma ve sualtında yapışmanın, polimerde suda yeniden düzenlenen polar gruplar tarafından yönetildiği ortaya koyulmuştur. Polimer zincirlerinin su ile temas ettiğinde yeniden yönlenmesi, yüzeydeki polar grupların sayısında artışa neden olmakta ve su altında onarımı ve yapışmayı artırmaktadır. Bu yeniden düzenleme koordinasyon dinamik bağı tarafından yönetildiğinden, farklı metal-ligand kompleksleri seçilerek kolayca kontrol edilebilir. Su ile tetiklenen bu zincir yönelimi, döngüsel ekonomi için sürdürülebilir su altı yapıştırıcıları üretmek için kullanılabilir.

Abstract:
Although elastomers are used in many areas due to their unique properties, they are not suitable for recycling due to the strong covalent bonds in their structure. For this reason, elastomers become waste and cause environmental pollution after their service life. At this point, self-healing polymers have gained great importance in recent years due to their long service life, economy and reduction of environmental pollution. In this study, self-healable and recyclable silicone elastomers were synthesized using dynamic coordinated covalent bonds. Self-healing and recycling performance of elastomers were investigated. Different metal-ligand coordinations were used to investigate the effect of metal-ligand bond type on polymer properties. The self-healing and recycling performance of the silicone elastomers was determined using a mechanical testing machine. The chemical structure of the elastomers were analyzed by UV-Vis spectroscopy and FT-IR spectroscopy. Physical properties of elastomers were analyzed using TGA, DMA and MDR. In addition, the bond energies of the metal-ligand bonds were calculated using Gaussian program and the relationship between bond energies and polymer properties were revealed.
The underwater adhesive strength of the elastomers was measured using a mechanical testing machine and a hand-made test rig. Good healing, recycling and reversible underwater adhesion were achieved with nickel coordination (QTNi). QTNi exhibits strong and reversible adhesion on various substrates such as glass, wood, steel, aluminum and Teflon. It was revealed that underwater self-healing and underwater adhesion are governed by polar groups that rearrange in water. Polymer chains re-orientated upon contact with water result in an increase in the number of polar groups on the surface and enhance healing and adhesion underwater. Since this rearrangement governed by dynamic coordination bond, it can be controlled by choosing different metal and ligand complexes. Moreover, this water-triggered chain orientation can be used to produce sustainable underwater adhesives for the circular economy.