Synthesis & characterization of self-healing micro-capsules and their usage in composite structural parts
Kendini iyileştiren mikro kapsüllerin sentezi & karakterizasyonu ve kompozit yapısal parçalarda kullanımı
- Tez No: 967612
- Danışmanlar: PROF. DR. NECATİ ÖZKAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Polimer Bilim ve Teknolojisi, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- 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: 221
Özet
Kendi kendini iyileştirebilen malzemeler, yapısal fiber kompozit uygulamalarda dayanıklılığı artırma ve onarım ihtiyacını azaltma potansiyeline sahiptir. Bu tez, kendi kendini iyileştiren fiber takviyeli polimer kompozitler için disiklopentadien (DCPD) içeren poli(üre–formaldehit) (PUF) mikrokapsüllerinin sentezi, karakterizasyonu ve uygulanmasını incelemektedir. Focused Beam Reflectance Measurement (FBRM) ve Particle Vision and Measurement (PVM) tekniklerini bir arada kullanan çift problu yaklaşım, mikroenkapsülasyon sürecinin gerçek zamanlı ve nicel olarak izlenmesini sağlamış, emülsifikasyondan kabuk katılaşmasına kadar dört ardışık aşama yakalanmıştır. Daha yüksek poli(etilen-alt-maleik anhidrit) (PEMA) içeriği ve karıştırma hızı, daha küçük mikrokapsüller üretmiş; kabuk morfolojisi ise her koşulda 160–260 nm kalınlığında düzgün bir iç membran ve kalınlığı bu koşullarda azalan pürüzlü bir dış tabaka göstermiştir. İki parametreli kuvvet yasası modeli ile kordon uzunluğu gerçek mikrokapsül boyutuna dönüştürülmüş ve t-testi ile PVM verileriyle anlamlı fark olmadığı doğrulanmıştır. Bu çalışmada, literatürde genellikle tek basamaklı olduğu varsayılan DCPD–1. Nesil Grubbs katalizörü (GC1) polimerizasyonu, DSC ve kinetik modelleme ile ilk kez üç aşamalı olarak ortaya konmuştur: (i) ROMP ile doğrusal polidisiklopentadien PDCPD oluşumu, (ii) olefin-ekleme çapraz bağlanması ve (iii) yüksek sıcaklıkta metatez temelli çapraz bağlanma. Kinetik modelleme, harici ısıtma olmadan polimerizasyonun gerçekleşebildiğini doğrulamış; ilave ısıl işlem ise çapraz bağlanmayı ve mekanik özellikleri artırdığı açıklanmıştır. %15 PUF-DCPD ve %2.5 GC1 içeren filament sarım kompozitlerinde kendi kendini iyileştirme gösterilmiş, %55'in üzerinde fiber hacim oranı elde edilmiştir. Modifiye kırılma testleri, görünür interlaminar kırılma enerjisinde ~%20 iyileşme sağlanmıştır. Kırılma sonrası FT-IR ve SEM analizleri, PDCPD oluşumunu doğrulayarak kendi kendini iyileştirme mekanizmasının aktive olduğunu kanıtlamıştır.
Özet (Çeviri)
Self-healing materials can improve durability and reduce repair needs in structural applications. This thesis investigates the synthesis, characterization, and application of poly(urea–formaldehyde) (PUF) microcapsules containing dicyclopentadiene (DCPD) for self-healing fiber-reinforced polymer composites. A dual-probe approach combining Focused Beam Reflectance Measurement (FBRM) and Particle Vision and Measurement (PVM) enabled real-time, quantitative monitoring of the microencapsulation process, capturing four sequential stages from emulsification to shell solidification. Higher poly(ethylene-alt-maleic anhydride) (PEMA) content and stirring rate yielded smaller microcapsules, while shell morphology consistently exhibited a smooth inner membrane (160–260 nm) and a rough outer layer whose thickness decreased under these conditions. A two-parameter power-law model converted chord length into true capsule size, validated by t-tests showing no significant difference from PVM data. For the first time, the often-assumed single-step polymerization of the DCPD–1st Generation Grubbs' catalyst (GC1) system was resolved as a three-stage process using DSC and kinetic modelling: (i) ROMP-driven linear polydicyclopentadiene (PDCPD) formation, (ii) olefin-addition cross-linking, and (iii) metathesis-driven cross-linking at elevated temperatures. Kinetic modelling confirmed polymerization without external heating, enabling autonomous crack repair, while further heating enhanced cross-linking and mechanical properties. Self-healing was demonstrated in filament-wound composites containing 15wt% PUF-DCPD and 2.5wt% GC1, achieving a fiber volume fraction above 55%. Modified fracture tests showed ~20% recovery in apparent interlaminar fracture energy. Post-fracture FT-IR and SEM confirmed PDCPD formation and crack bridging, evidencing activation of the self-healing mechanism.
Benzer Tezler
- 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
GİZEM SEMRA ARITÜRK
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OZAN SANLI ŞENTÜRK
- Kendi kendini onarabilen poliüretan nanokompozit kaplamaların sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of self-healing polyurethane nanocomposite coatings
SEDA AKHAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
KimyaMarmara ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİLHAN KAYAMAN APOHAN
DOÇ. DR. SEYFULLAH MADAKBAŞ
- Hydrophobic associations in gels: Hybrid organo-cryogels and hydrophobically modified hydrogels
Jellerde hidrofobik etkileşimler: Hibrid organo-kriyojeller ve hidrofobik modifiye hidrojeller
DENİZ CEYLAN TUNCABOYLU
- Synthesis, characterization and application of self-healing coatings on several substrates by spray technique
Kendi kendine iyileşen kaplamaların sentezi, karakterizasyonu ve sprey tekniği ile farklı substratların üzerine uygulanması
MERVE DİLAVER
Doktora
İngilizce
2017
KimyaDokuz Eylül ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET KADİR YURDAKOÇ
- Bina yapı elemanlarında kullanıma uygun faz değiştiren dolgulu mikrokapsüllerin sentezi
Synthesis of phase changing filled microcapsules suitable for use in building construction elements
ESRA MİRMAHMUTOĞULLARI
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Kimyaİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaMühendislik Bilimleri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÖKHAN ÇAYLI
DOÇ. DR. ALİİHSAN KOCA