Geri Dön

Synthesis and characterization of polyurea formaldehydemicrocapsules filled with tung oil for preparation ofcomposite polylactic acid film for self healing applications

Kendini onarabilen polilaktik asit kompozit filmerindekullanılmak üzere tung yağı katklı poliüre formaldehitmikrokapsüllerinin sentezlenmesi ve karakterize edilmesi

PDF İndir

  1. Tez No: 609749
  2. Yazar: GİZEM SEMRA ARITÜRK
  3. Danışmanlar: PROF. DR. OZAN SANLI ŞENTÜRK
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Kimya, Polimer Bilim ve Teknolojisi, Chemistry, Polymer Science and Technology
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2020
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Kimya Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 81

Özet

Kendi kendini iyileştirme, tüm canlı organizmalar için ortak olan, uzun ömürlülük ve çevredeki değişimlere uyum sağlama yeteneği sağlayan doğal bir süreçtir. Neredeyse, tüm malzemeler doğal veya yapay bozulmaya karşı hassastır ve zamanla bozulur. Sentetik malzemeler söz konusu olduğunda, uzun süreli bozulma süreci, malzemenin dayanımının azalmasına neden olan mikro çatlaklara yol açar. Bu nedenle, malzemelerin güvenilirliğini ve kullanım ömrünü artırmak için onarım vazgeçilmezdir. Kendi kendini iyileştirme, ürünün kullanım ömrünü önemli ölçüde uzatacak ve kısıtlı erişilebilirliği nedeniyle değiştirilmesi zor olan parçaların onarımı için gereken hem maliyetlerin hem de servis sürelerinin önemli ölçüde azaltılmasına yardımcı olacaktır. Polimerler, boyalar, metaller, seramikler ve yapı malzemeleri gibi farklı malzeme türleri kendi kendine iyileşme mekanizmalarına sahiptir. Polimerler de kendi içinde termoplastik ve termoset polimerler olarak iki gruba ayrılır. Yapılan birçok araştırmada polimer grubu olarak termoset malzemeler kullanılmıştır. Polimerler için dışsal ve içsel kendi kendini iyileştirme mekanizması olarak iki ana grup mevcuttur. Bu iki mekanizma, polimerlerin hasara cevabının hangi şekilde sağlandığı ile ilgilidir. İçsel kendi kendini iyileştirme, malzeme matrisinin kimyasına dayanır. Dışsal kendi kendine iyileşme mekanizması için hasar matristeki gömülü kaplarda tutulan iyileştirici ajan tarafından onarılır, kapsül ve vasküler bazlı iyileştirme sistemleri içerir. Bir çatlak durumunda, bu rezervuarlar yırtılır ve reaktif ajanlar, kapiler etki yardımıyla kılcal çatlakların içine dolar. Katalizörlü sistemlerde polimerin içine gömülü olan katalizörler çatlağı dolduran sıvı ile polimerizasyon reaksiyonu vererek çatlağın onarılmasını sağlar. Dışsal kendi kendine iyileşme, ticari olarak temin edilebilen polimerlerde daha kolay bir şekilde gerçekleştirilebilir, çünkü matris moleküllerinin yapısal olarak değiştirilmesi gerekmez. Termosetler, termoplastikler, rijit ve elastomerik malzemeler dahil olmak üzere çeşitli polimerik sistemlerde dışsal kendi kendini iyileştirme kanıtlanmıştır ve hem mekanik hem de görsel özelliklerin geri kazanılmasını sağlamıştır. Son yıllarda, mikrokapsüllü iyileştirme ajanlarına dayalı dışsal kendini iyileştirme, yoğun ilgi çekmiştir. Mikrokapsülleme, mikron büyüklüğünde sıvı damlacıklarını inert bir kabukla kaplama işlemidir; bu da onları dış ortamlardan izole eder ve korur. Mikro kapsülleme işleminin son ürünü, mikrokapsül olarak adlandırılır. Çekirdek ve kabuk olmak üzere iki bölümden oluşur. Diğer yaklaşımlarla karşılaştırıldığında, mikrokapsülasyona dayalı kendi kendini iyileştirme stratejisinin yakın gelecekte ticari olarak yaygınlaşması daha olasıdır. Çünkü polimerlere kendi kendini iyileştirebilme özelliği katabilmek için moleküler yapıda herhangi bir değişiklik yapılması gerekmez, iyileştirici madde yüklü mikrokapsüller, mevcut harmanlama teknikleri kullanılarak polimer matrisine kolayca dahil edilebilir. Kapsüllerin çekirdek maddesini oluşturan iyileştirici ajanın sıvı formda olması ve mikrokapsüllerin içinde muhafaza edilebiliyor olması gerekir. İyileşme gerektiren polimere eklendikten sonra, matrisin çatlaması üzerine kapsüllerin kırılması ve böylece iyileştirici ajanın kılcal etkilerle hedef alanları dolduruyor olması gerekir. Daha sonra, çatlak kısımlar, iyileştirme sistemi içindeki kimyasal ve / veya fiziksel etkileşimlerle onarılır. Kuryan yağlar, atmosferik oksijen ile reaksiyona girerek çapraz bağlanan ve katılaşan sıvı yağlardır (trigliseritler). Bunun gerçekleşmesi için, trigliseritin yağ asidi kısmının bir moleküler zincir üzerinde en az iki doymamışlık merkezi (çift bağ) içermesi gerekir. Bu çift bağlar konjuge olabilir veya olmayabilir. Kuruyan yağlar, doymamış bağların otomatik oksidasyonları sayesinde, yeşil kimyada korozyonu önleyen sistemler veya kendini iyileştiren malzemelerde katalizör yerine kullanılabilir. İnce bir tabakaya yayıldıktan sonra iyi bir optik ve mekanik özelliklere sahip sürekli bir film oluşturma ve katalizör kullanmadan havada kürlenebilme yeteneğine sahiptirler. Kendini onarma uygulamalarında rahatlıkla kullanılabilirler katalizörlere olan ihtiyacı ortadan kaldırdıkları için hem ucuz hem de çevreci bir seçenek oluşturmaktadırlar. İyileştirici maddeler, çevresel etkilere (matriks ile birleştirmeden önce) ve matrikse (birleştirilme sırasında ve sonrasında) uzun süre inaktif kalabilecekleri şekilde kaplanırlar. Kapsüllenecek çekirdek maddenin seçilmesinin ardından, dikkatlice kapsülleme tekniği ve kabuk matrisi seçimleri gereklidir. Emülsiyon hazırlama tipik olarak mikrokapsüllü iyileştirme ajanları hazırlamak için kullanılır. Bu işlemde monomerler, askıya alınan sıvı iyileştirici madde damlacıklarını çevreleyen bir kabuk oluşturmak üzere polimerize olur. Her ne kadar çeşitli alternatif mikro kapsülleme teknikleri mevcut olsa da, bütün uygulamaların kendi kendini iyileştirme prosesine uygun olması gerekmez ve kapsülleme yöntemi genellikle yalnızca belirli çekirdek materyal tipleri için uygundur. Hangi mikro kapsülleme tekniğinin ve kabuk malzemesinin benimsenip geliştirilmesi gerektiğini belirlemek için, çeşitli faktörler göz önünde bulundurulmalıdır: çekirdek malzemenin temel özellikleri, kapsül boyutu, kabuğun geçirgenliği, kapsülleme etkinliği, kapsüllerin matris ile bileşime direnci, polimer matrisi arasındaki ara yüz etkileşimleri ve kendi kendini iyileştiren kompozit sistemin proses parametreleri. Arayüzey polimerizasyonu, koaservasyon, yerinde polimerizasyonu, ekstrüzyon ve sol-jel yöntemleri gibi mikrokapsülleri hazırlamak için pek çok yöntem vardır. Bu yöntemler arasında, in situ polimerizasyon en sık kullanılan teknikti, çünkü en kolay işlemdir ve karmaşık bir ekipman gerektirmez. In-situ polimerizasyon yöntemi kontrol edilebilir mikro kapsül boyutu ve kabuk kalınlığı, prosedürün basitliği, düşük maliyetler ve sanayileşme kolaylığı gibi birçok avantaj sunar. Bununla birlikte, diğer kapsülleme yöntemleriyle karşılaştırıldığında, in-situ polimerizasyon daha uzun reaksiyon süreleri gerektirir. Yerinde polimerizasyon sırasında, su içinde yağ emülsiyonları veya yağ içinde su emülsiyonları ilk önce iki fazlı bir sıvının kuvvetli bir şekilde karıştırılması veya sonikasyonu altında üretilir. Monomerlerden sentezlenen polimer emülsiyonda çözünmez olduğu için, polimerizasyon çoğu zaman çekirdek malzeme damlacıklarının yüzeyinde gerçekleşir veya elde edilen polimer damlacıklar yüzeyinde birikir ve böylece istenen çekirdek malzeme ile mikrokapsüller üretilir. Şimdiye kadar, kendiliğinden iyileşen materyallerde kullanılan çoğu kapsül, bir su içinde yağ emülsiyon sisteminde yerinde veya arayüzey polimerizasyonuyla hazırlanır. Nitekim, DCPD içeren ilk kendiliğinden iyileşen mikrokapsül, duvar malzemesi olarak poliüre formaldehit (PUF) ile yerinde polimerizasyon yoluyla üretildi. Kendi kendini iyileştiren materyallere farklı tipte mikrokapsül sistemleri uygulanmıştır; bunlar arasında mikrokapsül-katalizör sistemi, çift / çoklu kapsül sistemi ve gizli sertleştiricili mikrokapsüller bulunur. İyileştirici ajanın üre- formaldehit (UF), melamin-formaldehit / melamin-üre-formaldehit (MF / MUF) ve poliüretan (PU) mikrokapsüllerde kapsüllenmesiyle üretilen mikrokapsüllerin, termoset reçinlerin ve kompozit malzemelerin işleme koşullarına dayanabileceği gösterilmiştir. Poliüre formaldehit (PUF), çok iyi esneklik, penetrasyon direnci, yüksek mukavemet ve sızdırmazlık performansı sağladığı için mikrokapsül duvar malzemesi olarak yaygın şekilde kullanılır. Bu çalışmada farklı karıştırma hızları ve farklı miktarlarda yüzey aktif maddeler kullanarak in-situ polimerizasyonu ile mikrokapsüller sentezlenmiştir. Mikrokapsüllerin duvar malzemesi poliüre formaldehit, çekirdek malzemesi ise Tung yağıdır. Elde edilen mikrokapsüllerin çapları 125μm ile 570μm arasındaydı. Bütün kapsülller küreseldi. Kendini iyileştirme özelliğinin kaynağı olan bu kapsüller PLA /kloroform çözeltisi içine farklı oranlarda katılarak kendini onarabilen kompozit filmler üretildi ve iyileşme yüzdeleri hesaplandı.

Özet (Çeviri)

Self-healing is a natural process common to all living organisms, providing longevity and the ability to adapt to changes in the environment. Almost all materials are susceptible to natural or artificial damages over time. In the case of synthetic materials, the long-term degradation process leads to micro-cracks which cause the material to decrease its strength. Therefore, repairing is indispensable in order to increase the reliability and lifetime of the materials. Self-healing will significantly extend the life of the product and help to reduce both costs and service times for repairing parts that are difficult to replace due to their limited accessibility. Different types of materials such as polymers, paints, metals, ceramics and building materials have self-healing mechanisms. The polymers are divided into two groups as thermoplastic and thermoset polymers. Thermoset materials were used as polymer group in many studies. There are two main groups for self-healing polymers as external and internal mechanisms. These two mechanisms are related to the manner in which the response of the polymers to damage. Intrinsic self-healing is based on the chemistry of the material matrix. For the extrinsic self-healing mechanism, the damage is repaired by the healing agent held in the embedded vessels in the matrix, including capsule and vascular based healing systems. If a crack occurs on the surface of the materials, these reservoirs rupture and reactive agents fill the cracks with the help of capillary effect. In systems with catalyst, the catalysts embedded in the polymer react with the liquid monomer in the ruptured reservoirs to heal the crack. Extrinsic self-healing can be more easily accomplished in commercially available polymers, since the matrix molecules do not need to be structurally modified. This type of self-healing has been proven in a variety of polymeric systems including thermosets, thermoplastics, rigid and elastomeric materials, and has resulted in the recovery of both mechanical and visual properties. In recent years, external self-healing based on microencapsulated healing agents has attracted intense interest. Microencapsulation is the process of coating micron-sized liquid droplets with an inert shell which isolates and protects them from external environments. The final product of microencapsulation is called microcapsule. Capsules consist of two parts, the core and the shell. Compared to other approaches, the microcapsulation-based self-healing strategy is more likely to become commercially available in the near future. Because no modifications of the molecular structure are required to add self-healing properties to the polymers, the microcapsules loaded with the curing agent can be readily incorporated into the polymer matrix using existing blending techniques. The healing agent, which is the core material of the capsules, must be in the liquid phase and can be safely stored in the microcapsules. After adding to the polymer, the capsules are also broken by cracking of the surface so that the healing agent fills the target areas with capillary effects. The cracked parts are then repaired by chemical and / or physical interactions within the healing system. Drying oils (triglycerides) are oils that crosslink and solidify by reacting with atmospheric oxygen. For this to occur, the fatty acid portion of the triglyceride must contain at least two centers of unsaturation (double bond) on a molecular chain. These double bonds may or may not be conjugated. Thanks to the automatic oxidation of unsaturated bonds, the drying oils can be used as a catalyst in systems that prevent corrosion and in self-healing materials with green chemistry aspect. They are capable of forming a continuous film with good optical and mechanical properties after spreading on a thin layer and curing by the help of air without the use of catalyst. They can easily be used in self-healing applications, eliminating the need for catalysts, making them an inexpensive and environmentally friendly option. The healing agents are coated such that they can remain inactive for long periods of time. After selecting the core material to be encapsulated, it is necessary to carefully select the encapsulation technique and shell matrix. The emulsion preparation technique is often used to synthesize microencapsulated healing agents. In this process, the monomers polymerize to form a shell surrounding the suspended liquid droplets. Although various alternative microencapsulation techniques are available, not all applications are suitable for the self-healing process, and the encapsulation method is generally only suitable for certain types of core materials. To determine which microencapsulation technique and shell material should be adopted and developed, several factors should be considered: the properties of the core material, the capsule size, the permeability of the shell, the encapsulation efficiency, the resistance of the capsules to the composition of the matrix, the interface interactions between the polymer matrix and the self-healing process parameters of composite system. There are many methods for preparing microcapsules such as interfacial polymerization, coacervation, in situ polymerization, extrusion and sol-gel methods. Among these methods, in situ polymerization was the most commonly used technique because it is the easiest process and does not require complex equipment. The in-situ polymerization method offers many advantages such as controllable microcapsule size and shell thickness, simplicity of the procedure, low costs and ease of industrialization. However, in-situ polymerization requires longer reaction times compared to other encapsulation methods. During in situ polymerization, oil-in-water emulsions or water-in-oil emulsions are prepared. It is obtained by vigorous stirring of a two-phase liquid. Since the polymer synthesized from the monomers is insoluble in the emulsion, polymerization often takes place on the surface of the droplets of the core material or the resulting polymer is deposited on the surface of the droplets and the desired core material and microcapsules are produced. Up to now, most capsules used in self- healing materials are prepared by in-situ or interfacial polymerization in an oil-in- water emulsion system. As a matter of fact, the first self-healing microcapsule containing DCPD was produced by in situ polymerization with polyurea formaldehyde (PUF) as the wall material. Different types of microcapsule systems have been applied to self-healing materials; these include the microcapsule-catalyst system, the double / multi-capsule system, and the microcapsules with latent hardener. It has been shown that the microcapsules produced by encapsulating the healing agent in urea-formaldehyde (UF), melamine- formaldehyde / melamine-urea-formaldehyde (MF / MUF) and poly-urethane (PU) microcapsules have been shown to withstand the processing conditions of thermoset resins and composite materials. Polyurea formaldehyde (PUF) is widely used as microcapsule wall material because it provides very good sealing, flexibility, penetration resistance and high strength. In this study microcapsules were synthesized by in-situ polymerization using different mixing rates and different amounts of surfactants. The wall material of the microcapsules is polyurea formaldehyde and the core material is Tung oil. The diameters of the obtained microcapsules were between 125 μm and 570 μm All capsules were spherical in shape. These capsules, which are the source of self-healing properties, were added to the PLA / chloroform solution in different proportions to produce self-repairing composite films and the recovery percentages were calculated.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    832164

    Polyethyleneimine-based polymers with reversible pendant urea bonds as thermal latent curing agents for one-component epoxy resins

    Tek bileşenli epoksi reçinelerde termal geciktirici kürleme ajanları olarak tersinir üre gruplarına sahip polietilenimin bazlı polimerler

    BELKIS GÜNEŞ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Mühendislik BilimleriSabancı Üniversitesi

    Üretim Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ BEKİR DIZMAN

  2. Tez No

    409094

    Bitkisel yağlardan polimerize olabilen monomer sentez ve polimerleşmesi

    Plant oil based polymerizable monomer synthesis and polymerization reaction

    ABDULLAH SAYILGAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2015

    Polimer Bilim ve TeknolojisiYalova Üniversitesi

    Polimer Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. HÜSEYİN ESEN

  3. Tez No

    374453

    Effect of soft segment structure and hard segment content on the surface and bulk properties of segmented polyurethaneureas

    Yumuşak kısım yapısı ve sert kısım miktarının poliüretanürelerin yüzey ve yığın özellikleri üzerindeki etkisi

    MELİS PENİÇ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2014

    Kimya MühendisliğiKoç Üniversitesi

    Biyomedikal Bilimler ve Mühendislik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. İSKENDER YILGÖR

  4. Tez No

    82452

    Synthesis and characterization of alkaline earth and rare earth bonophosthate compounds

    Toprak alkali ve nadir toprak alkali metal borfosfat bileşiklerinin sentezlenmesi ve karakterizasyonu

    ABDÜLHADİ BAYKAL

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    1999

    KimyaOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MERAL KIZILYAYLI

  5. Tez No

    82839

    Synthesis and characterization of a cyclodextrin based artificial enzyme

    Siklodekstrin tabanlı bir yapay enzimin sentezi ve karakterizasyonu

    NAZİTA YOUSEFİEH

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    1999

    BiyoteknolojiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Biyokimya Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ENGİN UMUT AKKAYA

Geri Dön