Alternative electron-beam curable chemistries for innovative coatings
Yenilikçi kaplamalar için alternatif elektron ışını ile kürlenebilen kimyasal yapılar
- Tez No: 831512
- Danışmanlar: DOÇ. DR. NİLAY GİZLİ, DOÇ. DR. CATARİNA ESTEVES
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Ege Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 84
Özet
Kaplama teknolojilerindeki hızlı gelişmeler, kaplamaların çeşitli endüstrilerde yaygın olarak uygulanmasına ve yüzeylerin çok amaçlı işlevselliklerinin sağlanmasına olanak tanımıştır. Gelişmekte olan kürleme yöntemleri arasında elektron ışını ile kürleme prosesleri; çözgene ihtiyaç duyulmaması, çevre dostu olması ve hızlı bir kürlenme prosesi sunabilmesi nedeniyle büyük ilgi görmektedir. Bu nedenle son zamanlarda elektron ışını ile kürleme, verimli ve yenilikçi kürleme teknolojilerinden biri olarak birçok çalışmanın ilgi odağı haline gelmiştir. Ancak endüstride elektron ışını ile kürlenen kaplamalar genellikle (met)akrilik temelli olup bir diğer yaygın kaplama türü olan epoksi temelli yapıların elektron ışını ile krüleme prosesi hakkında bilgi sınırlı ve geliştirilmeye muhtaçtır. Bu nedenle epoksi monomer kimyası ile EB ile kürlenen polimer özelliklerinin proses parametreleri arasındaki ilişkiyi araştırmaya odaklanmaya karar verdik. Bu çalışmada, elektron ışını ile kürlenmiş epoksi temelli polimerik sistemlerin ağ oluşum süreci ve kaplamaların son özelliklerine genel bir bakış hedeflenmiştir. Bu hedefe ulaşmak için epoksi reçine olarak bisfenol A diglisidil eter ve bütandiol diglisidil olmak üzere iki farklı türde reçine kullanılmış, foto-başlatıcı olarak ise bir iyodonyum tuzu tercih edilmiştir. Farklı formülasyonlarda hazırlanan epoksi kaplamalar, alüminyum ve PET levhalar üzerine kaplanmış ve elektron ışını ile kürlenmiştir. Optimum PI konsantrasyonunu belirlemek için, değişen foto-başlatıcı konsantrasyonlarına sahip formülasyonlardan kaplamalar hazırlanmıştır. Optimum konsantrasyon belirlendikten sonra, farklı reaktif seyreltici konsantrasyonlarının sürece ve kaplamaların son özelliklerine etkisini araştırmak için aynı oranda foto başlatıcı, farklı miktarda seyreltici içeren iki farklı formülasyon belirlenmiş ve kaplama serileri bu doğrultuda hazırlanmıştır. Epoksi reçine bazlı polimerlerin elektron ışını ile kürlenmesi farklı doz ve doz hızı koşullarında gerçekleştirilmiş ve elde edilen kaplamaların kimyasal yapılanmaları, termal ve mekanik davranışları ATR-FTIR (Azaltılmış Toplam Yansıma-Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi), DSC (Diferansiyel Taramalı Kalorimetre), DMTA (Dinamik Mekanik Termal Analiz) ve çapraz kesme testi gibi karakterizasyon yöntemleriyle tanımlanmıştır. Kürlenmiş ürünün camsı geçiş sıcaklığı, adezyon davranışı ve morfolojik yapılanması gibi özellikleri süreç parametreleri ile ilişkilendirilmiştir. Böylece yenilikçi kaplamaların geliştirilmesinde, kürlenme sonucu elde edilen ağın oluşum süreci aydınlatılarak hedef kaplama özelliklerine ulaşmada elektron kürleme temelli bir yaklaşım geliştirilmiştir. Belirli koşullar altında, kaplamaların PET ve alüminyum substratlar üzerinde adezyonu sağlanmıştır. Elde edilen sonuçların oluşturduğu temelde, kaplamaların tam potansiyelini keşfetmek için daha fazla araştırma ve optimizasyon gerekmektedir. Ayrıca, epoksi reçinelerin kürleme sürecini optimize etmek için farklı bir foto-başlatıcı kullanımı, örneğin daha düşük nükleofilisiteye sahip bir anyon taşıyan bir onium tuzu foto-başlatıcı önerilmektedir. Doz ve doz hızı parametreleri ile kaplamaların nihai özellikleri arasındaki ilişkiler başarılı bir şekilde belirlenmiş olup, monomer kimyasının mekanik özelliklere olan etkisi üzerinde daha derin bir anlayış kazanmak amacıyla elde edilen ağın morfolojisini gözlemek gelecekteki çalışmalar için öneriler arasında yerini almıştır. Bu tezde elde edilen bulgular, önerilen iyileştirmelerle birlikte, elektron ışını ile kürlenen rekabetçi epoksi kaplamalara yol açma potansiyeline sahiptir.
Özet (Çeviri)
The rapid progress of coating technologies has led to the widespread application of coatings in various industries, enabling advanced functionalities. Among the emerging curing methods, electron-beam (EB) curing has drawn significant attention due to its eco-friendly nature and ability to achieve rapid curing. However, the full potential of EB curing, particularly in the context of cationic polymerizable chemicals, necessitates further research to explore the potential of cationic mechanisms. The knowledge gap in this area sparked our curiosity, hence, we decided to focus on exploring the relationship between new epoxy monomer chemistry and processing parameters of EB-cured polymer characteristics. To achieve this goal, bisphenol A diglycidyl ether and butanediol diglycidyl ether are selected as our primary materials of interest, and additionally, we have incorporated bis(4-tert-butylphenyl)iodonium hexafluorophosphate as the photoinitiator (PI). To determine the optimal PI concentration, several formulations with varying PI concentrations are prepared. Once the optimal concentration is determined, two different formulations are selected to investigate the impact of different concentrations of reactive diluents when cured using electron-beam technology. The epoxy coatings, formulated in various compositions, were applied onto aluminum and PET sheets and subsequently cured using electron beam technology. Furthermore, dose and dose rate effect on curing behavior and coating characteristics are studied with the help of ATR- FTIR (Attenuated Total Reflectance- Fourier Transform Infrared Spectroscopy), DSC (Differential Scanning Calorimetry), DMTA (Dynamic-Mechanic Thermal Analysis), and crosshatch adhesion test methods. Properties such as glass transition temperature, adhesion behavior and morphological structuring of the cured coatings were correlated with the process parameters. Thus, an approach to the development of innovative coatings based on achieving target coating properties by electron beam curing has been developed by elucidating the formation process of the network obtained as a result of curing. Promising results are obtained, demonstrating good adhesion on PET and aluminum substrates under specific conditions. However, to ensure a comprehensive understanding, and to explore the full potential of these coatings, further research and optimization are still required. To optimize the curing process of epoxy resins, utilization of a different photo-initator (e.g. an onium salt photo-initiator bearing an anion with lower nucleophilicity) is proposed. Moreover, correlations between the dose, dose rate, and the final properties of the coatings are successfully established, however, visualizing the morphology of the final network is suggested to gain deeper insights into the monomer chemistry and its impact on mechanical properties. The findings obtained in this thesis, along with the proposed improvements, have the potential to lead to competitive electron-beam-cured epoxy coatings.
Benzer Tezler
- UV ışınları ile sertleşebilen polimerik kaplamaların hazırlanması ve karakterizasyonu
Preparation and characterization of UV-cured polymeric coatings
TÜLAY YILMAZ İNAN
- Ultra-low-level absorption measurement of ion assisted electron beam deposited optical thin films by photothermal common-path interferometry
İyon destekli elektron ışını biriktirme yöntemiyle oluşturulan ince filmlerin fototermal ortak-yol interferometrisi ile çok düşük seviyelerde ölçülmesi
YUSUF KASAP
Doktora
İngilizce
2023
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALPAN BEK
DOÇ. DR. TAHİR ÇOLAKOĞLU
- Elektron demeti ile ergitme işleminde üretim oryantasyonunun mekanik özelliklere etkisinin araştırılması
Investigation of the effect of build orientation on mechanical properties in electron beam melting process
BERAT ŞEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Makine MühendisliğiGazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YUSUF USTA
- Probing hot-electron effects in plasmonic surfaces using x-ray photoelectron spectroscopy
Plazmonik yapılarda sıcak elektron etkilerinin x-ışını spektroskopisi metoduyla gözlemlenmesi
ANDI ÇUPALLARI
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. AYKUTLU DANA