The use of fullerenol and Poly(styrene-co-chloromethyl styrene) in the modification of urethane oil
Fullerenol ve Poli(stiren-ko-klorometil stiren)'in üretan yağının modifikasyonunda kullanımı
- Tez No: 689450
- Danışmanlar: PROF. DR. AHMET TUNCER ERCİYES
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 73
Özet
Bitkisel yağlar, yüzyıllar boyunca boya ve kaplama malzemelerinin hammaddesi olarak kullanılmıştır. Son yıllarda çevre kirliliğin artması ve ekosistemin bozulması nedeniyle fosil yakıtların kullanımının azaltılması ihtiyacı, bitkisel temelli malzemelerin kullanımına öncü olmuştur. Çevre dostu, temiz ve düşük maliyetli malzemelerin artan önemi ile birlikte bitkisel yağ bazlı malzemelerin kullanımı da artmıştır. Bu amaçla bitkisel temelli kaplama malzemeleri olarak poliüretanlar, alkidler, epoksiler, polyesteramidler sentezlenmektedir. Organik yüzey kaplama malzemelerinde bitkisel yağlar düşük toksisiteleri, kolay bulunabilirliği ve biyolojik olarak bozunabilme özellikleri nedeniyle yaygın olarak kullanılırlar. Ancak üretan yağı üretiminde yağlar, temel yapısı ile kullanılmaları halinde gereken film özellikleri sağlayamazlar. Bu nedenle, bitkisel yağların film özellerinin iyileştirilmesi için, kimyasal yapılarının modifiye edilmeye ihtiyaçları vardır. Bu çalışmadaki hedef, fullerenol sentezi ve fullerenolün ayçiçek yağı bazlı üretan yağının modifikasyonunda kullanmaktır. Laboratuvarımızda bir önceki çalışma olarak, üretan yağının Poli(St-OH) ile modifikasyonu gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmada, bu tezin yeni bir ürününü elde etmek için son modifiye edilmiş yağ fullerenol ile modifiye edilmiştir. Elde edilen ürün fullerenol ve Poli(St-OH) ile modifiye edilmiş üretan yağı (PG-TDI-F-P) olarak adlandırılmıştır. Karbon allotroplarından biri olan fullerenler, küre şeklinde kapalı kafes yapıdadırlar. En az karbon sayısına sahip fulleren C20 yken karbon sayısı 90, 96 gibi yüksek olan fullerenler de mevcuttur. En yaygın olarak kullanılan fulleren ise futbol topuna benzerliği ile bilinen C60'tır. Fullerenler içerdiği karbon sayısına göre farklı özellikler gösterirler. Örneğin C20 en stabil olmayan fulleren iken, C60 ise en stabil formdadır. Fullerenlerin çözünürlüğü ve işlenebilirliği düşüktür. Bu durum kullanım alanını sınırlandırdığı için modifiye edilmeleri gerekmektedir. Polimer matrisi ve fulleren ile yapılan çalışmalarda iki malzemenin birbiriyle uyum göstermemesi sonucu istenilen özelliklerde ürün oluşamamaktadır. Bu durumu düzeltmek için, fulleren ve polimer modifiye edilmelidir. Modifikasyon sonrasında fulleren ve polimerin etkileşmesi sağlanarak, fullerenin polimer matrisi içine istenilen şekilde dağılması ve yapışmasıyla fulleren ve polimerin istenilen düzeyde uyum göstermesi sağlanmış olunur. Fullerenin modifiye edilmesi hidroksillenme, halojenleşme ve metilasyon gibi yöntemlerle sağlanmaktadır. Bu çalışmada ise hidroksillenme yöntemiyle fullerene hidroksil grubu bağlanarak fullerenol adı verilen malzeme üretilmiştir. Bu şekilde fullerene suda çözünme özelliği sağlanmış olup, işlenebilirliği arttırılarak kullanım xx alanını genişletmiştir. Fullerenol sentezi, fullerenol üretiminde yeni ve temiz bir stratejiye sahip olan ultrason destekli kavitasyon yöntemi ile gerçekleştirilmiştir. Ultrason destekli kavitasyon yönteminin temeli temiz bir enerji olan, gıda endüstrisinde de son yıllarda önem kazanmış olan akustik enerjiye dayanır. Fullerenol sentezinde akustik enerji, hidroksillenme ajanı olarak kullanılan ve termodinamik olarak kararsız olan hidrojen peroksitsin radikallere ayrılması için kullanılır. Açığa çıkan bu radikallerden hidroksil, çeşitli yollarla fulleren kafesine bağlanarak fullerenol yapısını oluşturur. Ultrason destekli kavitasyon yönteminde faz transfer katalizörlerine ve çözücülere ihtiyaç gerektirmediğinden, reaksiyon sonucunda fullerenol içerisinde safsızlıklar kolaylıkla uzaklaştırılır. Bu yöntem hızlı, etkili ve temiz bir yöntem olmasına rağmen geleneksel yöntemlere kıyasla, elde edilen fullerenolün verimi daha düşüktür. Elde edilen fullerenolün yapısı Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi (FTIR), hidroksil grubu tayini ise Termogravimetrik Analiz (TGA) ile tespit edilmiştir. Poly(St-co-CMS) kopolimeri üretimi ise stiren ve klorometilstiren monomerlerinin kontrollü/yaşayan radikalik polimerizasyon yöntemlerinden biri olan nitroksit aracılı radikalik polimerizasyon yöntemi ile gerçekleştirilmiştir. Bu yöntem, zorlu proses koşullarına ihtiyaç duymadan birçok polimerin kolayca üretilmesini sağlar. Polimerlerin yapı, kompozisyon, moleküler ağırlık ve polidispersite açısından kontrolünün sağlanması ihtiyacı, yaşayan polimerizasyonun temelini oluşturmaktadır. Yaşayan polimerizasyonda başlama hızı büyüme hızından daha hızlı olmalıdır. Böylece polimer zincirleri aynı oranda büyür. Aksi halde, ilk zincirler sonraki zincirlerden daha uzun olacak ve istenen moleküler ağırlık dağılımı sağlanamayacaktır. 'Kontrollü' terimi, istenen yapı, işlevsellik ve bileşim ile üretilen polimer anlamına gelir. Bu yöntem sonucunda Poly(St-co-CMS) kopolimeri üretimi gerçekleştirilmiştir. Elde edilen kopolimere hidroksil grubu kazandırılmak amacıyla 2-amino-1-bütanol ile reaksiyona sokularak stiren temelli hidroksil grubuna sahip Poli(St-OH) elde edilmiştir. Poli(St-OH), polimer ile modifiye edilmiş üretan yağı yapısı ve fullerenol ile birlikte kullanılarak modifiye edilmiş üretan yağı elde etmek için sentezi gerçekleştirilmiştir. İlk olarak, ayçiçek yağının gliserol ile reaksiyonu sonucu kısmi gliserit karışımı elde edilmiştir. Ardından, kısmi gliserit, fullerenol ve Poli(St-OH) alkol komponenti olarak kullanılarak, toluen diizosiyanattaki izosiyanat grupları aracılığıyla yağa bağlanarak, fullerenol ve Poli(St-OH) ile modifiye edilmiş üretan yağı yapısı (PG-TDI-F-P) oluşturulmuştur. Reaksiyon takibi FTIR analizi ile gerçekleştirilip, izosiyanat grupları tükeninceye kadar devam ettirilmiştir. Fullerenol ile modifiye edilmiş üretan yağı (PG-TDI-F), Poli(St-OH) ile modifiye edilmiş üretan yağı (Poli(St-OH)-AY-40) ve klasik üretan yağı (PG-TDI) literatür bilgisi kullanılarak üretilmiş ve bu tezde yeni üretilen üretan yağı ile film özellikleri açısından kıyaslanmak amacıyla kullanılmıştır. Reaksiyonların bitiş sürelerinin kontrolü FTIR analizi ile gerçekleştirilmiştir. PG-TDI, PG-TDI-F, Poli(St-OH)-AY-40 ve PG-TDI-F-P malzemelerinin film özellikleri ilgili ASTM (Amerikan Test ve Malzeme Kurumu) standartlarına uygun şekilde belirlenmiştir. Yapılan değerlendirmeler sonucunda, fullerenolün malzemeye korozyon direnci kazandırdığı tespit edilmiştir. Ayrıca, Poli(St-OH)'ın ise xxi malzemenin film özelliklerini iyileştirdiği görülmüştür. Son olarak, fullerenolün Poli(St-OH)-AY-40 ürününün korozyon direncini iyileştirdiği belirlenmiştir. Ürünlerin korozyona karşı artan direnç sıralaması PG-TDI, PG-TDI-F, Poli(St-OH)-AY-40, PG-TDI-F-P olarak bulunmuştur. Son olarak, fullerenol ve Poli(St-OH) içerikli PG-TDI-F-P malzemesinin paslanmaya karşı dirençli yağ bazlı organik yüzey kaplamalarında bağlayıcı olarak kullanılabileceğine karar verilmiştir.
Özet (Çeviri)
Vegetable oils are widely used in organic surface coating materials thanks to their low toxicity, easy availability and biodegradability. However, if the vegetable oils are used as their original structure in the production of urethane oil, they cannot give the required film properties. So, the vegetable oils need to modified in their chemical structure for improving their film properties. This study aims to synthesize fullerenol and then use it in the modification of sunflower oil based urethane oil. As an another study in our laboratory, the urethane oil modification was achieved by using Poly(St-OH). In the present study, the last modified oil was further modified with fullerenol to obtain a new product of this thesis. Fullerenes are one of the allotropes of carbon, have a spherical closed lattice structure. The fullerene which has the lowest carbon number is C20. Also, the fullerene can be consists of a high carbon number such as 90, 96. The most commonly used fullerene is C60, which is known for its similarity to a soccer ball. Fullerenes show different properties due to the number of carbon atoms they contain. For example, C20 is the most unstable, and C60 is the most stable form of fullerenes. The fullerenes usage is restricted because of the low solubility and processability. So, the fullerenes need to be modified. According to researches which worked with polymer matrix and the fullerene, the desired properties cannot be formed due to the two materials incompatibility. The fullerene and polymer should be modified to provide compatibility. After the modification, the interaction of fullerene and polymer is satisfied, the fullerene and the polymer become compatible and the dispersion and adhesion of the fullerene into the polymer matrix occur as desired level. The modification of fullerene is accomplished by hydroxylation, halogenation and methylation. In this study, fullerenol was produced by attaching the hydroxyl group onto the fullerene cage by hydroxylation method. In this way, the water solubility feature of fullerene has been provided, and its usage area has been expanded by increasing its processability. In this thesis, fullerenol synthesis was carried out by ultrasound assisted cavitation method, which is a new and ecofriendly method in fullerenol production. The produced fullerenol was characterized by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and the number of hydroxyl groups in the fullerenol was determined by Thermogravimetric Analysis (TGA) method. Poly(St-co-CMS) copolymer was produced with styrene and chloromethylstyrene monomers by nitroxide mediated radical polymerization method, which is one of the xviii controlled/living radical polymerization methods. Poly(St-OH) was obtained by reacting with Poly(St-co-CMS) and 2-amino-1-butanol. First, partial glycerides were obtained by the reaction of sunflower oil with glycerol. After that, partial glycerides, fullerenol and Poly(St-OH) as alcohol components were bounded with isocyanate groups in toluene diisocyanates, so fullerenol and Poly(St-OH) modified urethane oil (PG-TDI-F-P) was produced. Fullerenol-modified urethane oil (PG-TDI-F), Poly(St-OH)-modified urethane oil (Poli(St-OH)-AY-40) and classical urethane oil (PG-TDI) were produced to according to the literature knowledge and used for the purpose of comparison with the new urethane oil of this thesis. The reactions end time control were performed by FTIR analysis. PG-TDI, PG-TDI-F, Poli(St-OH)-AY-40 and PG-TDI-FP's film properties were determined according to the related ASTM (American Test and Materials Association) standards. As a result of the evaluations, it has been determined that fullerenol satisfies corrosion resistance. It has also been observed that the Poly(St-OH) improves the film properties of sample. It was determined that fullerenol improved the corrosion resistance of Poli(St-OH)-AY-40. The increasing order of the corrosion resistance was found PG-TDI, PG-TDI-F, Poli(St-OH)-AY-40, PG-TDI-F-P. Finally, it was decided that PG-TDI-F-P product that contains fullerenol and Poly(St-OH) can be used as a binder in oil-based organic surface coatings.
Benzer Tezler
- Photochemical strategies for macromolecular syntheses
Makromoleküler sentezler için fotokimyasal yöntemler
ALİ GÖRKEM YILMAZ
- Çinko oksit (ZnO) nanoyapıların organik güneş pillerinde uygulaması
Organic solar cells on ZnO nanostructures
FARUK BALLIPINAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FİGEN KADIRGAN
- İnce zar fotokırıcı polimerlerin bireşim çalışması ve optik özellikleri
Synthesis of thin film photorefractive polymers and searching optical properties
DAMLA BULUT
Yüksek Lisans
Türkçe
2010
Fizik ve Fizik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HİKMET YÜKSELİCİ
- Synthesis of peptide-fullerenol conjugate and peptide hydrogels for drug delivery
Fullerenol-peptit konjugatının ve peptit hidrojellerin ilaç taşıyıcı sistemler için sentezi
HANDE DEMİRCİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
BiyomühendislikOrta Doğu Teknik ÜniversitesiBiyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SALİH ÖZÇUBUKÇU
- Fulleren nanopartiküllerinin radyasyona maruz bırakılan A549 insan akciğer epitel hücreleri üzerindeki koruyucu etkilerinin mikronükleus ve gH2AX fokus testleri kullanılarak araştırılması
Investigation of protective effects of fullerenol nanoparticles on irradiated A549 human lung epithelium cells using micronucleus and gH2AX foci assays
MÜMÜN COŞKUN