Modifiye siloksan, nano-selüloz ve inorganik esaslı katkı maddelerinin sentezi ve UV ile kürlenebilen kaplamaların yüzey özelliklerine etkilerinin incelenmesi
Synthesis of modified siloxane, nano-cellulose and inorganic based additives and investigation of their effects on surface properties of UV curable coating
Yazar: YAKUP ATICI
Danışman: PROF. DR. ŞAH İSMAİL KIRBAŞLAR ; PROF. DR. SERKAN EMİK
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Temel İşlemler ve Termodinamik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Glisidil metakrilat = Glycidyl methacrylate ; Kaplama = Coating ; Kimya = Chemistry ; Mekanik özellikler = Mechanical properties ; Modifikasyon = Modification ; Polimer kaplama = Polymer coating ; Polimer malzemeler = Polymer materials ; Polisiloksan = Polysiloxane ; Çizilme = Scratch

Özet:
Boya ve vernik ahşap kaplamalarda kullanılan sistemlerden biri olan UV kürlenmeli kaplama sistemleri; yüksek üretim hızı, diğer sistemlere göre daha küçük boyama ve kurutma alan ihtiyacı, işçilikten tasarruf, düşük miktarda uçucu organik bileşik içermesi, mükemmel kimyasal ve fiziksel direnç gibi avantajlarından dolayı son yıllarda geniş bir çalışma alanı bulmuştur.
Tez çalışması; UV ile kürlenen ürünler için epoksi akrilatın (EA) sentezini, silikon ara ürünleriyle modifiye edilmesi ve UV kürlenmeli ürünlerde kullanılması ile ilgili çalışmaları kapsamaktadır.
Çalışmanın öncelikle, epoksi reçine, akrilik asit reaksiyonu sonucu EA elde edilmiştir. İkinci aşamada, farklı molekül ağırlıklarına sahip diepoksi siloksan (DES) bileşikleri akrilik asit ile modifiye edilmiştir. 
Değişken zincir uzunluklarına (Ma: 370-3300 Da) sahip olan DES, halka açma reaksiyonu sonucu akrilik asit ile modifiye edilmiştir. Diepoksi siloksan akrilat (DESA) ara ürünü elde edilmiştir.
Çalışmaların üçüncü aşamasında, nano silika ve titan dioksit malzemeleri silan bileşikleriyle modifiye edilmiştir. Nano-SiO2 ve nano-TiO2 tek tek ve karışım halinde trimetilolpropan triakrilat (TMPTA) monomeriyle ön işleme tabi tutulmuştur. İkinci çalışmada ise SiO2, glisidil metakrilat (GMA) ve viniltrimetoksisilan (VTMS) ile modifiye edilmiştir. Son çalışmada nano kristalin selüloz (NCC) VTMS ile modifiye edilmiştir. 
Elde edilen ürünlerin karakterizasyonları, Fourier Transform Infrared (FT-IR) ve Nükleer Manyetik Rezonans (NMR) ve Gel Permeation Chromatography (GPC) analizleriyle gerçekleştirilmiştir. Isıl kararlılıkları Termogravimetrik analiz (TGA) ve Diferansiyel Scaning Calorimetry (DSC) teknikleriyle incelenmiştir. Dinamik ışık saçılımı metodu (DLS) ile parçacık boyut analizleri yapılmıştır. X-Işını Kırınım yöntemi (XRD) ile katıların kristal yapısı incelenmiştir. Bu çalışmalarda elde edilen tüm ürünler UV ile kürlenebilen EA formülasyonları hazırlanarak uygulama sonrası kürlendirilmiştir. Kaplamaların performansı; sertlik, parlaklık, çapraz kesim yapışma kuvveti, temas açısı,  çizilme, sararma, aşınma ve kimyasal direnç gibi çeşitli testlerle değerlendirilmiştir. Sonuç olarak; temas açısı, çizilme ve sararma direnci, DESA'nın zincir uzunluğunun artmasıyla önemli ölçüde iyileştiği görülmüştür. Ayrıca modifiye edilen nano-SiO2, nano-TiO2 ve VTMS modifiye NCC malzemelerinin, kaplamalarda çizilme ve sararma direnci üzerinde olumlu etkileri olduğu görülmüştür.

Abstract:
UV curable coating systems, one of the systems used in paint and varnish wood coatings; In recent years, it has found a wide working area due to its advantages such as high production speed, smaller painting and drying area requirement compared to other systems, labor savings, low content of volatile organic compounds, excellent chemical and physical resistance.
Thesis; It covers the synthesis of epoxy acrylate (EA) for UV-curable products, its modification with silicone intermediates, and its use in UV-curable products.
First of all, EA was obtained as a result of the reaction of epoxy resin and acrylic acid. In the second step, diepoxy siloxane (DES) compounds with different molecular weights were modified with acrylic acid.
DES with variable chain lengths (Ma: 370-3300 Da) was modified with acrylic acid as a result of the ring opening reaction. Diepoxy siloxane acrylate (DESA) intermediate was obtained.
In the third stage of the studies, nano silica and titanium dioxide materials were modified with silane compounds. Nano-SiO2 and nano-TiO2 were pretreated with trimethylolpropane triacrylate (TMPTA) monomer individually and in mixture. In the second study, SiO2 was modified with glycidyl methacrylate (GMA) and vinyltrimethoxysilane (VTMS). In the last study, nanocrystalline cellulose (NCC) was modified with VTMS.
Characterizations of the obtained products were performed by Fourier Transform Infrared (FT-IR) and Nuclear Magnetic Resonance (NMR) and Gel Permeation Chromatography (GPC) analyzes. Their thermal stability was investigated by Thermogravimetric analysis (TGA) and Differential Scaning Calorimetry (DSC) techniques. Particle size analyzes were performed using the dynamic light scattering method (DLS). Crystal structure of solids was investigated by X-Ray Diffraction method (XRD). All products obtained in these studies were cured after application by preparing UV-curable EA formulations. Performance of coatings; It has been evaluated by various tests such as hardness, gloss, cross-cut adhesion force, contact angle, scratch, yellowing, abrasion and chemical resistance. As a result; contact angle, scratch and yellowing resistance were found to improve significantly with increasing chain length of DESA. In addition, it has been observed that the modified nano-SiO2, nano-TiO2 and VTMS modified NCC materials have positive effects on the scratch and yellowing resistance of the coatings.