Silika tanecik boyutunun SiO2-GO hibrit/epoksi polimer nanokompozitlerinin kaplama özellikleri üzerine etkisinin i̇ncelenmesi
Investigation of the effect of silica particle size on the coating properties of SiO2-GO hybrid/epoxy polymer nanocomposites
- Tez No: 972888
- Danışmanlar: PROF. DR. HALE BERBER
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Polimer Bilim ve Teknolojisi, Metallurgical Engineering, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Atmosferik korozyon, Film kaplama, Hidrofobik kaplamalar, Kompozit polimerler, Nano grafen, Nano-silika, Polimer kaplama, Polimer kompozitler, Yer altı korozyonu, Çukur korozyonu, Atmospheric corrosion, Film coating, Hydrophobic coatings, Composite polymers, Nano graphene, Nano-silica, Polymer coating, Polymer composites, Underground corrosion, Pitting corrosion
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Polimerik kaplamalar, özellikle metal yüzeylerin çevresel etkilerden korunması amacıyla yaygın olarak kullanılan, maliyeti düşük ve uygulaması kolay çözümler sunmaktadır. Epoksi, poliüretan ve akrilik esaslı sistemler, kimyasal dayanımları, yapışma özellikleri ve estetik katkıları sayesinde endüstriyel ve yapısal uygulamalarda sıklıkla tercih edilmektedir. Bununla birlikte, polimerik kaplamaların uygulama ve kürlenme süreçlerinde ortaya çıkan mikro gözenekler, dış ortamdan gelen su, oksijen ve iyonların kaplama altına nüfuz etmesine neden olarak koruyucu performansı zayıflatmaktadır. Bu nedenle, polimerik kaplamaların bu dezavantajlarını gidermek amacıyla nanoteknoloji destekli malzeme çözümlerine yönelim artmıştır. Özellikle polimer matrisli nanokompozit kaplamalar, yapısal boşlukları fiziksel olarak doldurarak geçirgenliği azaltmakta, böylece kaplamanın koruyuculuk süresini ve performansını önemli ölçüde artırmaktadır. Silika (SiO₂) nanotanecikleri ile grafen oksitin (GO) birleştirilmesiyle oluşturulan hibrit yapılar, son yıllarda etkili nano katkı malzemeleri arasında öne çıkmaktadır. Silika; düşük maliyeti, kimyasal kararlılığı ve kolay fonksiyonlandırılabilirliğiyle, GO ise yüksek yüzey alanı ve aktif grupları sayesinde güçlü matris etkileşimleriyle dikkat çeker. Bu iki bileşenin hibriti, kaplamalarda hem mekanik dayanımı hem de bariyer etkisini artırır. Etkinin başarısı, silika nanotaneciklerinin boyutu ile doğrudan ilişkilidir. Tanecik boyutu, kaplama yüzeyinin homojenliği, pürüzlülüğü, ıslanabilirliği ve korozyon direnci üzerinde doğrudan etkilidir. Bu çalışmada, modifiye Stöber yöntemiyle sentezlenen ve (3-Aminopropil)trietoksisilan (APTES) ile fonksiyonlandırılan 20, 35, 50, 70 ve 90 nm boyutlarındaki silika nanotanecikleri, grafen oksit yüzeyine bağlanarak silika–grafen oksit nanohibrit yapılar elde edilmiştir. Hazırlanan nanohibritlerin yapısal, morfolojik ve kolloidal özellikleri incelenmiştir. Farklı boyuttaki nanohibritler, ağırlıkça %0.5 oranında epoksi matrisinde dağıtılmış ve elde edilen nanokompozitler ST37 çeliği üzerine döndürerek kaplama yöntemiyle uygulanmıştır. Kaplama kalınlığı, sertlik, yüzey pürüzlülüğü, temas açısı ve korozyon dayanımı özellikleri incelenmiştir. Sonuçlar, silika tanecik boyutunun epoksi esaslı nanokompozit kaplamaların özellikleri üzerinde belirleyici bir etkiye sahip olduğunu ortaya koymuştur. 20 nm silika içeren nanohibrit katkılı kaplama en yüksek korozyon direncini göstermiş; AFM ölçümleri yüzeyin daha homojen ve pürüzsüz, temas açısı analizleri ise daha hidrofobik olduğunu kanıtlamıştır. Ayrıca, nanohibrit katkısı kaplamanın sertliğini artırmış; en yüksek sertlik değeri 90 nm silika tanecikleri kullanıldığında elde edilmiştir.
Özet (Çeviri)
Polymeric coatings are widely used as low-cost and easily applicable solutions for protecting metal surfaces against environmental effects. Epoxy, polyurethane, and acrylic-based systems are frequently preferred in industrial and structural applications due to their chemical resistance, adhesion properties, and aesthetic contributions. However, micro-pores formed during application and curing allow water, oxygen, and ions from the external environment to penetrate beneath the coating, thereby weakening its protective performance. For this reason, there has been an increasing focus on nanotechnology-supported material solutions to overcome these disadvantages of polymeric coatings. In particular, polymer matrix nanocomposite coatings physically fill structural voids, reduce permeability, and thus significantly enhance both the protective lifetime and performance of the coating. Hybrid structures formed by combining silica (SiO₂) nanoparticles with graphene oxide (GO) have recently emerged as effective nanofillers. Silica stands out due to its low cost, chemical stability, and facile functionalization, whereas GO, with its high surface area and active groups, ensures strong matrix interactions. The hybrid of these two components improves both the mechanical strength and barrier effect of coatings. The success of this effect is directly related to the size of the silica nanoparticles. Particle size directly influences surface homogeneity, roughness, wettability, and corrosion resistance of the coatings. In this study, silica nanoparticles with sizes of 20, 35, 50, 70, and 90 nm were synthesized using the modified Stöber method and functionalized with (3- Aminopropyl)triethoxysilane (APTES), then bonded onto the surface of graphene oxide to obtain silica–graphene oxide nanohybrid structures. The structural, morphological, and colloidal properties of the prepared nanohybrids were investigated. Nanohybrids of different particle sizes were dispersed at 0.5 wt.% into an epoxy matrix, and the resulting nanocomposites were applied onto ST37 steel substrates using the spin-coating method. The coatings were analyzed in terms of thickness, hardness, surface roughness, contact angle, and corrosion resistance. The results revealed that the silica particle size played a decisive role in the properties of epoxy-based nanocomposite coatings. The nanohybrid coating containing 20 nm silica exhibited the highest corrosion resistance; AFM analyses confirmed a more homogeneous and smoother surface, while contact angle measurements demonstrated a more hydrophobic character. In addition, the incorporation of nanohybrids increased the hardness of the epoxy coatings, with the highest hardness value obtained in the system containing 90 nm silica particles.
Benzer Tezler
- Effect of alternative filling materials on tire compounds
Alternatif dolgu maddelerinin lastik karışımları üzerindeki etkisi
NAZLI KEZBAN ÇETİNDAĞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MELEK MÜMİNE EROL TAYGUN
- Pirinç kabuğu külünden, nano gözenekli kalsiyum silikat üretimi, karakterizasyonu ve ağır metal adsorpsiyonunda kullanımı.
Production of nano-porous calcium silicate from rice hull ash, characterization and use of heavy metal adsorption.
MİLAD POURSHAKİBA
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZGÜL TAŞPINAR
- Zeolite filled polmeric gas separation membranes
Zeolit katkılı polimerik gaz ayırma membranları
ÇİĞDEM ATALAY
Yüksek Lisans
İngilizce
1994
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiDOÇ.DR. BİLGÜL TANTEKİN ERSOLMAZ
- Preparation of stable zeolite coatings for use in adsorption heat pumps
Adsorpsiyon ısı pompalarında kullanılabilecek stabil zeolit kaplamaların hazırlanması
AYLİN ATAKAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MELKON TATLIER
- Atık döküm malzemelerinden katma değerli kimyasal inorganik cam kaplama malzemelerinin üretimi
Production of value added chemical inorganic glass coating materials from waste casting materials
DOĞUKAN İLBEY ÖREN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
KimyaSakarya ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN ÖZKAN TOPLAN