Fosforik asit esteri esaslı ıslatıcı ajan sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of phosphoric acid esters as wetting and dispersing agent
Yazar: AYÇA AKÇİÇEK ÖZTÜRK
Danışman: DOÇ. DR. SERKAN EMİK
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimyasal Teknolojiler Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bu tez kapsamında; boya sistemlerinde ıslatma ve dispersiyon katkısı olarak kullanılan fosforik asit esteri esaslı ıslatıcı ajanlar sentezlenmiştir. Bu amaçla farklı yapıda fosforik asit esterleri sentezlenmiş ve boya formüllerinde dispersiyon ve ıslatma performansları test edilmiştir. Performans değerlendirmeleri sonucunda dispersiyon ve ıslatma performansı en iyi olan fosforik asit esteri esaslı ıslatıcı ajanların ileri kimyasal karakterizasyonu yapılmıştır.
Fosforik asit esteri esaslı ıslatıcı ajan sentezi çalışmalarında öncelikle monohidroksi bileşikler sentezlenmiştir. Monohidroksi bileşik sentez aşamasında epsilon-Kaprolaktonun halka açılma polimerizasyon reaksiyonu ile monohidroksi bileşik elde edilmiştir. Farklı mol oranlarında epsilon-Kaprolakton kullanılarak sentezlenen monohidroksi bileşikler dikarboksilik asit olan malik asit ile reaksiyona tabi tutularak ara ürünler sentezlenmiştir. Sentezlenen ara ürünler son aşamada farklı mol oranlarında Polyphosphoric acid 116% (PPA 116) isimli polifosforik asit ile reaksiyona tabi tutularak 6 farklı fosforik asit esteri esaslı ıslatıcı ajan sentezlenmiştir. 
Fosforik asit esaslı ıslatıcı ajan sentezinin son aşamasında malik asit; hidroksi grupları üzerinden fosforik aside karboksilik asit grupları üzerinden ise monohidroksi bileşiğe bağlanarak dallanmış yapıda fosforik asit esaslı ester elde edilmiştir. Elde edilen fosforik asit esaslı ıslatıcı ajanların yapısal karakterizasyonu Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi (FT-IR) ve 1H ve 13C NMR spektrumları kullanılarak gerçekleştirilmiştir. 
Nihai ürün olan altı farklı fosforik asit esteri esaslı ıslatıcı ajanların ıslatma ve dispersiyon performansları, titanyum dioksit (TiO2) ve oksit kırmızı pigment kullanılarak hazırlanan sıvı renklendirici (masterbatch) formülasyonlarında test edilmiştir. Hazırlanan sıvı renklendiricilerin öğütme ve dispersiyon kontrolleri, partikül boyutu analizleri, viskoziteleri ve renk şiddetleri gibi özelliklerinin yanı sıra dispersiyon kararlılıkları kontrol edilmiştir. Hazırlanan sıvı renklendiricilerin deformasyon ve akış analizleri reometre cihazı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Performans sonucu en iyi olan P3-PE1-3 fosforik asit esterinin ve bu esterden sonra performansı en iyi olan P2-PE1-3 isimli fosforik asit esterinin yapıları 1H ve 13C NMR analizi ile doğrulanmıştır. 
Tez kapsamında sentezlenen ve performans sonucu en iyi olan P3-PE1-3 ve P2-PE1-3 isimli fosforik asit esteri esaslı ıslatıcı ajanların, ticari ürün olarak boya formüllerinde pigment ıslatma ve dispersiyon aşamasında rahatlıkla kullanılabileceği; fosforik asit esteri esaslı ıslatıcı ajan üretimi için faydalı olacağı düşünülmektedir.

Abstract:
In this thesis, phosphoric acid esters and their use as wetting and dispersing additive in paint formulations studied. For this purpose, different structural phosphoric acid esters synthesized, and their wetting and dispersing performances tested in different paint formulations. After performance evaluations, advanced chemical characterization of the phosphoric acid esters has been made for the best results.
In the phosphoric acid ester based wetting agent synthesis studies, firstly monohydroxy compounds were synthesized. At this stage, monohydroxy compounds were obtained by ring opening polymerization reaction of epsilon-Caprolactone. Monohydroxy compounds which were synthesized by using different molar ratios of epsilon-Caprolactone were reacted with malic acid, which is a dicarboxylic acid, and intermediates were synthesized. At the last stage, intermediates were reacted with different molar ratios of polyphosphoric acid 116% (PPA 116), and 6 different phosphoric acid ester based wetting agents were synthesized.
At the last stage of phosphoric acid ester based wetting agent synthesis thesis, malic acid was linked via the hydroxy group to the phosphoric acid and via one of the carboxylic acid groups to the monohydroxy compound and as a result branched phosphoric acid ester was obtained. The structural characterization of phosphoric acid ester was carried out by using Fourier Transform Infrared spectroscopy (FT-IR) and Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy (1H ve 13C NMR).
The wetting and dispersion performances of six different phosphoric acid ester based wetting agents, which are the final products, were tested in liquid colorant (masterbatch) formulations which were prepared using titanium dioxide (TiO2) and iron oxide red pigment. Liquid colorant's grinding and dispersion control, particle size analysis, viscosity, and color strength and as well as dispersion stability were controlled. Also, liquid colorants deformation and flow parameters were controlled with rheometer. The chemical structures of P3-PE1-3 phosphoric acid ester with the best performance result and P2-PE1-3 phosphoric acid ester which has the second good performance result, were clarified by Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy (1H ve 13C NMR).
P3-PE1-3 and P2-PE1-3, the phosphoric acid ester based wetting agents synthesized within the scope of this thesis, which have the best performance results, can be easily used as commercial products in the pigment wetting and dispersion stages of paint formulas; it is thought that it will be useful for production of phosphoric acid ester based wetting agents.