Isocyanate functionalization of nano-boehmite for the synthesis of polyurethane organic-inorganic hybrid materials
Poliüretan organik-anorganik hibrit malzemelerinin sentezinde kullanılmak üzere nano-böhmitin izosiyanat ile işlevselleştirilmesi
- Tez No: 285690
- Danışmanlar: PROF. DR. GÜNGÖR GÜNDÜZ, PROF. DR. ÜNER ÇOLAK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Polimer Bilim ve Teknolojisi, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: böhmit nano-parçacığı, hidrotermal, işlevselleştirilmiş böhmit, poliüretan, organik-anorganik hibrit, boehmite nano-particle, hydrothermal, functional boehmite, polyurethane, organic-inorganic hybrid materials
- Yıl: 2011
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 142
Özet
Bu çalışmada poliüretan ve siyanat grupları içeren işlevselli böhmit kullanarak organik-anorganik hibrit malzemeler üretilmiştir. Mekanik özellikleri geliştirilmiş poliüretan organik-anorganik hibrit malzemeler kaplama uygulamalarında kullanılmıştır. Başlangıç malzemesi olarak kullanılan alüminyum hidroksit öğütme işleminden sonra basınç ve yüksek sıcaklık altında hidrotermal işlemden geçirilerek tabakamsı böhmit nano-parçacıkları üretilmiştir. Böhmit parçacıklarının yüzey biçimi ve kristal yapısı Taramalı Elektron Mikroskopisi ve X-Işını Kırınım analizleri ile incelenmiştir. Böhmitin molekül yapısı Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi analizi ile doğrulanmıştır. Bunun yanında parçacıkların yüzey alanlarını ve boyutlarını belirlemek için sırasıyla Brunauer-Emmett-Teller ve Foton Korelasyon Spektroskopisi analizleri yapılmıştır. Sonrasında tabaka yapılı böhmit parçacıkları yüzeylerindeki hidroksillerle 1,6-hekzametilen diizosiyanatın ya da 4,4'-metilen difenil diizosiyanatın tepkimeye sokulmasıyla işlevselleştirilmiştir. İşlevselleştirme işleminin başarılıp başarılmadığını anlamak için hem böhmit hem de işlevselleştirilmiş böhmit parçacıklarına Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi, Taramalı Elektron Mikroskopisi, Diferansiyel Termal Analizi-Termal Ağırlık Analizi ve elementel analizi yapılmıştır. Poliüretan sentezinde 1,4-bütandiol ve adipik asit (PE-PO-1) ile fitalik anhidrit (PE-PO-2) kullanılmıştır. Üretilen poliester poliolların molekül yapısını doğrulamak için Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi analizi yapılmıştır ve poliollerin molekül ağırlıkları son grup analizi ile belirlenmiştir. Sonrasında işlevselleştirilmiş nano-parçacıklar ve poliester poliolü kullanılarak poliüretan organik-anorganik hibrit malzeme üretimi yapılmıştır. Ayrıca özelliklerini karşılaştırmak için poliüretan ve polimer nano-kompozit üretimi de yapılmıştır. Örneklerin sertlik, esneklik, çarpma direnci, aşınma direnci ve parlaklık özelliklerine bakılmıştır.Organic-anorganik hibrit malzemelerin mekanik özelliklerinin önemli ölçüde iyileştiği görülmüştür. Ağırlıkça yüzde bir işlevselleştirilmiş böhmit kullanıldığında, PE-PO-1 kullanılarak sentezlenen PU'nın sertliği 82 Persozdan 98 Persoza çıkarken, PE-PO-2 ile sentezlenen PU'nın sertliği 52 Persozdan 72 Persoza çıkmıştır. Kaplamaların darbe direncinin anorganic bileşenine değil kullanılan poliolun çeşidine bağlı olduğu belirlenmiştir. Bu nedenle PE-PO-2 ile üretilen PU'nun darbe direnci PE-PO-1 ile üretilenden daha yüksektir. İşlevselleştirilmiş böhmit kullanıldığında kaplamaların çizilme direnci 2B'den 2H'ye kadar artmıştır. İşlevselleştirilmiş böhmit kullanıldığında, PE-PO-1 kullanılarak sentezlenen PU'nın dayanma direnci 2 l/mikronmetre'den 10 l/mikronmetre'ye çıkarken, PE-PO-2 ile sentezlenen PU'nın aşınma direnci 12 l/mikronmetre'den 20 l/mikronmetre'ye çıkmıştır.
Özet (Çeviri)
In this study, organic-inorganic hybrid materials were prepared from polyurethane and boehmite. It was achieved by polymerizing monomers in the presence of functional nano-particles of boehmite with cyanate groups. The produced polyurethane organic-inorganic hybrid materials with enhanced mechanical properties were used for coating applications. Plate-like boehmite nano-particles were produced by hydrothermal process from aluminum hydroxide which was first ground in a high energy ball-mill, and then, processed hydrothermally under pressure and high temperature in a reactor. The surface morphology and crystal structure of boehmite were investigated by Scanning Electron Microscopy and X-Ray Diffraction analyses, respectively. The molecular structures of boehmite particles were investigated by Fourier Transform infrared spectroscopy. Furthermore, Brunauer-Emmett-Teller analysis and Photon Correlation Spectroscopy analysis were carried out to determine the surface area and the size of particles. Then, plate-like boehmite nano-particles were functionalized by the reaction of their hydroxyl groups with 1,6-hexamethylene diisocyanate and 4,4?-methylene diphenyl diisocyanate. Scanning Electron Microscopy, Fourier Transform Infrared Spectroscopy, Differential Thermal Analysis-Thermal Gravimetric Analysis, and elemental analysis were performed for both functionalized and non-functionalized particles to confirm the functionalization of the particles. The polyester polyol used in the production of polyurethane was synthesized from 1,4-butanediol and adipic acid (PE-PO-1), and phthalic anhydride (PE-PO-2). Molecular structure of the polyester polyols was confirmed by Fourier Transform Infrared Spectroscopy analysis and molecular weight of the polymers were determined by end group analysis. Then, the produced functionalized nano-particles and polyester polyols were used for producing polyurethane organic-inorganic hybrid materials. Furthermore, polyurethane polymer and polymer-nonfunctionalized boehmite organic-inorganic hybrids were also synthesized for property comparison. Hardness, impact resistance, scratch resistance, abrasion resistance, and gloss property of the samples were determined.It was observed that mechanical properties of organic-inorganic hybrid materials improved significantly. The hardness of the PU produced with PE-PO-1 increased from 82 to 98 Persoz, and the hardness of the PU produced with PE-PO-2 increased from 52 to 78 Persoz when one weight percentage functionalized boehmite was used. The impact resistance of the coatings was found to depend on the type of the polyols used in PU but not in the inorganic component. Therefore PE-PO-2 used PU has higher impact resistance than PE-PO-1 used PU. Scratch resistance of the coatings improved from 2B to 2H when using functionalized boehmite. Abrasion resistance of PUs produced with PE-PO-1 increased from 2 to 10 l/micrometer and abrasion resistance of PUs produced with PE-PO-2 increased from 12 to 20 l/micrometer by addition of functionalized boehmite.
Benzer Tezler
- İzosiyanat grubu içeren polimerik kaplamaların hazırlanması ve işlevselleştirilmesi
Preparation and functionalization of isocyanate group containing polymeric coatings
EMİNE CANSU TARAKCI
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
KimyaGebze Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ TUĞÇE NİHAL GEVREK CİVAN
- Synthesis and characterization of organic-inorganic hybrid materials
Organik-inorganik hibrit malzemelerin sentezi ve karakterizasyonu
MÜFİDE DURİYE KARAHASANOĞLU
Doktora
İngilizce
2015
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM ERSİN SERHATLI
- Purification, size separation and ionic fnctionalization of halloysite nanotubes
Hallosit nanotüplerin safsızlaştırılması, boyut ayrımı ve ivonik fonsiyonellendirilmesi
SANAZ ABBASI
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Mühendislik BilimleriSabancı ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. SERKAN ÜNAL
- Functionalization and polymerization of plant oil triglycerides
Bitkisel yağların fonksiyonlandırılması ve polimerizasyonları
GÖKHAN ÇAYLI