Çevre dostu su bazlı poliüretan nanokompozit verniklerin geliştirilmesi ve film özelliklerinin incelenmesi

Ahşap malzemelerin uzun yıllar sorunsuz bir şekilde kullanılabilmesi, estetik açıdan güzelliğinin, renginin ve doğal görünümünün korunması ve geliştirilmesi için çeşitli vernik ve kaplama malzemeleri kullanılmaktadır. Günümüzde yüzey kaplama endüstrisinde ticari olarak kullanılan önemli polimer sınıflarından birini oluşturan su bazlı poliüretanlar (WPU), oda sıcaklığında film oluşturabilme, üstün performans özellikleri sunma ve yapısal kontrol edilebilirlik avantajları ile minimum uçucu organik bileşen gereksinimlerini karşılayan çevre dostu bir malzeme olarak özellikle yüzey kaplama ve yapıştırıcılar alanında önem kazanmıştır. Son zamanlarda, çevresel kaygılar, dünya ham petrol stoklarındaki hızlı azalış ve artan ham petrol fiyatları sebebiyle, yenilenebilir ve düşük maliyetli olmaları ve kolaylıkla modifiye edilebilmelerinden dolayı bitkisel kaynaklı yağlardan elde edilen poliollerin poliüretan üretiminde kullanımı sürdürülebilir gelişme için çok önemlidir. Diğer taraftan, su bazlı poliüretanların zayıf özelliklerinin iyileştirilerek kaplama uygulamalarında daha uzun süreli koruma ve dayanıklılık sağlamak amacıyla yeni ürün formülasyonlarının geliştirilmesi büyük önem arz etmektedir. Bu tez çalışmasında, bitkisel kaynaklı bir poliol kullanılarak, nanokristalin selüloz (NCC) ile takviyelendirilmiş kendi kendine çapraz bağlanabilen, üstün mekanik özelliklere sahip çevre dostu su bazlı poliüretan vernik malzemelerin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Çalışmanın ilk aşamasında üzüm çekirdeği yağından tiyol-en reaksiyonu ile hidroksil sayısı 210 KOH/mg olan ve molekül ağırlığı 2075 g mol-1 olan poliol (UCYOL) eldesi gerçekleştirilmiş olup yapısı FTIR ve 1H-NMR analizleri le ortaya konulmuştur. Elde edilen poliol ve izosiyanat olarak izoforon diizosiyanat (IPDI) kullanılarak bir diamin zincir uzatıcı olan [3-(2-aminoetil) amino propil] trimetoksisilan (AEAPTMS) varlığında kendi kendine çapraz bağlanan su bazlı poliüretan dispersiyonları (WPU) hazırlanmıştır. İstenilen özelliklerde kararlı WPU dispersiyonlarının elde edilebilmesi için optimum sentez koşullarını belirlemek amacıyla öncelikle bir seri deney yapılmıştır. Poliol/izosiyanat oranı 1/3 olarak sabit tutulmuş ve tüm deneyler için bu oran kullanılmıştır. NCC içeren WPU nanokompozitlerinin hazırlanmasında WPU matris ile NCC arasındaki etkileşimi arttırmak için, NCC nanotanecikleri AEAPTMS ile modifiye edilmiştir (SNCC). Modifikasyon işleminin elde edilen son ürün özellikleri üzerindeki etksini araştırmak için, 3 farklı oranda NCC ve SNCC içeren WPU dispersiyonları hazırlanmıştır. Fonksiyonlu nanotanecik içeriğinin elde edilen WPU dispersiyonlarının ve filmlerinin fiziksel, mekanik ve termal özelliklerine etkisi çeşitli karakterizasyon metotları kullanılarak detaylı olarak incelenmiştir. Genel olarak, SNCC ilavesinin WPU filminin çekme dayanımını, hidrofobikliğini, su direncini ve termal stabilitesini arttırdığı gözlenmiştir. Çalışma sonunda elde edilen çeşitli su bazlı poliüretan dispersiyonların vernik olarak kullanılabilirliklerini test etmek üzere WPU dispersiyonlarına vernik yardımcı maddeleri olan ıslatıcı, köpük kesici, yapışma arttırıcı ve yardımcı çözücü eklenerek su bazlı vernik formülasyonları hazırlanmıştır. Elde edilen su bazlı vernik filmlerinin yüzey görünümü, su direnci, anti-adezyon özelliği ve kurşun kalem sertliği gibi özellikleri belirlenmiştir.