Yeni tür poli(üretan-imid)lerin sentezi, karakterizasyonu ve fizikokimyasal özelliklerinin incelenmesi
Synthesis, characterization, and investigation of physicochemical properties of new poly(urethane-imide)s
Yazar: ALİ AVCI
Danışman: YRD. DOÇ. DR. KAMİL ŞİRİN
Celal Bayar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Fizikokimya Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Kimya = Chemistry ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Poliüretanlar ilgi çekici özelliklerinden dolayı polimerik materyallerin önemli sınıfından biridir. Poliüretan ürünleri; kaplama, yapıştırıcı, yapı malzemesi, köpük, mobilya ve sentetik deri gibi birçok endüstriyel alanda uygulama bulmaktadır. Ayrıca, mühendislik malzemesi olarak her geçen gün daha önemli hale gelmektedir. Ne yazık ki, geleneksel poliüretanların düşük termal dayanımı kullanımlarını sınırladığı bilinmektedir. Araştırmacılar poliüretanların termal kararlılıklarını artırmak için çeşitli yollar denemişlerdir. Termal kararlılığı artırmada en çok kabul edilen strateji; poliüretanın yapısına azometin, üre, epoksi, diasetilen ve imid gibi heterosiklik gruplar eklenerek gerçekleştirilen kimyasal modifikasyondur.
Poliimidler kayda değer ısıl direnci ve mükemmel mekanik, elektriksel, kimyasal ve dayanıklılıklarından dolayı yüksek performanslı polimerlerin bir sınıfını temsil etmektedir. Poliimid terimi ana zincirinde imid grubu içeren polimer çeşitleri için kullanılmaktadır. Poliimidler; uzay araştırmaları, mikroelektronikler, optoelektronikler ve kompozitlerde yaygınca uygulama bulmaktadır. Poliimid ana zincirine üretan biriminin ilavesiyle elde edilen poli(üretan-imid)ler yeterli esneklikleri, iyi termal, mekanik ve elektriksel özellikleriyle göze çarpmaktadır. Poli(üretan-imid)ler uzay endüstrisinde yüksek sıcaklıklarda yaygınca kullanılmaktadır. Kimyasal ve fiziksel özelliklerini ve yapılarını anlamak için çeşitli çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Dahası, termal kararlılıkları şimdiye kadar çalışılmıştır. Ancak, poli(üretan-imid)lerin floresans özellikleri hakkında şimdiye kadar az sayıda çalışma yapılmıştır. Bu nedenle, poli(üretan-imid)lerin bu özelliklerine katkıda bulunmak amacıyla araştırmaya ihtiyaç vardır.
Bu çalışmada yeni tür poli(üretan-imid) bileşikleri sentezlendi. Sentezlenen poli(üretan-imid) bileşikleri FT-IR, NMR ve SEC teknikleriyle karakterize edildi. Elde edilen polimerlerin morfolojileri SEM analizleriyle, optiksel özellikleri UV-vis ve floresans spektroskopisi yöntemleriyle, çözünürlükleri çeşitli çözücüler içerisindeki çözünme testiyle, termal davranışları TG-DTA ve DSC ölçümleriyle belirlendi. TGA analizi sonuçlarına göre, sentezlenen polimerlerin ilk bozunma sıcaklıklarının 120-310 °C aralığında olduğu gözlendi. Aromatik diizosiyanatlardan türetilen poli(üretan-imid)lerin alifatik diizosiyanatlardan türetilenlere göre daha yüksek ilk bozunma sıcaklığına sahip olduğu belirlendi. Termal bozunma verileri, poli(üretan-imid)lerin termal dayanımının geleneksel poliüretanlara göre daha yüksek olduğunu gösterdi. DSC verileri incelendiğinde poli(üretan-imid)ler için camsı geçiş sıcaklığı (Tg) değerlerinin 110-202 oC aralığında olduğu belirlendi. Elde edilen materyallerin floresans özellikleri DMF' deki çözelti formlarında belirlendi. Sentezlenen polimerler çözelti formunda mavi-yeşil renkte emisyon gösterdi. Floresans ölçümleri çeşitli konsantrasyonlardaki çözeltilerde maksimum PL şiddetini elde etmek için optimum konsantrasyonlarda uygulandı. Ayrıca uyarılma dalga boyunun floresans şiddeti üzerine etkisi araştırıldı. Sonuç olarak; sentezlenen polimerler, iyi termal ve floresans özelliklerinden dolayı termal yönden dayanıklı ışık yayan materyal olarak kullanım potansiyeline sahiptir.

Abstract:
Polyurethanes (PUs) are one of the important classes of polymeric materials with many appealing properties. Their products have various industrial applications such as coatings, adhesives, construction, foams, furniture and synthetic leathers etc. They are becoming increasingly important as engineering materials. Unfortunately, the conventional PU is known to exhibit poor thermal stability that limits their applications. Researchers have attempted in various ways to focus on improving the thermal stability of PU. The most accepted strategy for the enhancement of thermal stability of PUs is a chemical modification in the structure by introducing thermally stable heterocyclic groups such as azomethine, urea, epoxy, diacetylene, and imide.
Polyimides (PI) represent a class of high performance polymers with remarkable heat resistance and excellent mechanical, electrical, chemical and durability properties. The term of polyimides is used for a variety of polymers containing the imide structure in the backbone and PI have been widely used in many applications such as such as aerospace, microelectronics, optoelectronics, composites. Insertion of urethane moieties in the PI backbone has been attempted, resulting in an imide-modified PU (i.e., polyurethane-imide, PUI), which is a type of organic polymer characterized by its outstanding sufficient flexibility and good thermal, mechanical and electrical properties. It has been widely applied in aerospace fields at elevated temperatures. Various studies have been performed to understand their both chemical and physical properties and structures. Moreover, their thermal stabilities have been studied thus far. However, only a few studies have been reported on fluorescence properties of poly(urethane-imide)s (PUIs) up till now. Thus, these properties of PUIs still need to be researched for new contributions.
In this study, the new poly(urethane-imide)s (PUIs) were synthesized. The synthesized poly(urethane-imide)s were characterized by FT-IR, NMR, and SEC techniques. The morphology of the obtained polymers were determined by SEM analysis, optical properties by UV-vis and fluorescence spectroscopy methods, solubilities by solubility tests in various solvents, thermal behaviors by TGA-DTA and DSC measurements. TGA results showed that PUIs have between 120–310 °C onset temperatures. The PUIs derived from aromatic diisocyanates had relatively higher initial degradation temperatures as compared to aliphatic diisocyanate. Thermal degradation values show that PUIs have higher stability than conventional PU. According to the DSC data, the glass transition temperatures (Tg) of the synthesized polymers are found between 110-202 oC. Fluorescence properties of the synthesized materials were determined in solution forms in DMF. All of the polymers can emit yellow-green light in solution. Fluorescence measurements were carried out in various concentrated solutions to determine the optimum concentrations to obtain the maximal PL intensities. In addition, the effect of excitation wavelength on fluorescence intensity was investigated. Consequently, because of the fine thermal and fluorescence properties, the synthesized polymers are potential candidates for thermally stable light-emitting materials.