Ormoser nanokompozitlerin in-situ polimerizasyonu yöntemiyle hazırlanması ve fizikokimyasal karakterizasyonu

Abstract

ÖZET Materyal biliminin temel hedeflerinden biri geliştirilmiş manyetik, optik, veya katalitik özelliklerde yeni malzemelerin geliştirilmesidir. Moleküler seviyede inorganik ve organik bileşenlerin bir araya getirilmesi için hibrit polimeler kullanılması gelecek vaat eden bir yöntemdir. Bu sayede hazırlanan malzemelerin içeriğinin ve yapısının arzulanan şekilde düzenlenmesi mümkün hale gelmektedir. Son yıllarda bu amaçla en çok kullanılan yöntem polimerleşebilen gruplar içeren inorganik-organik sistemlerin in sini polimerizasyonu yoluyla polimerleştirilerek hibrit seramikler olarak adlandırılan yapıların elde edilmesidir. Sol-jel reaksiyonları ormoserlerin (organik olarak modifiye edilmiş seramikler) hazırlanmasında uzun yıllardan beri kullanılmaktadır. Morfolojik olarak farklı özellikteki silika yapılar, tetraetoksisilan (TEOS) veya tetrametoksisilan (TMOS) gibi başlangıç maddelerinden yola çıkarak hazırlanabilmektedir. Fonksiyonel grup içeren silanlar da ormoserlerin hazırlanmasında kullanılmakta, RSi(OR)3 gibi yapılardaki R grubunun hidroliz olmayan bir grup olması durumunda, bazı organik fonksiyonelliklerin seramik fazına alınmasını kolaylaştırmaktadır. Bu sayede farklı özelliklere sahip polimerlerin organik grup olarak seramik yapıya bağlanması mümkün olmaktadır. Bu çalışma kapsamında geliştirilen yeni yöntemlerle hazırlanan ORMOSER malzemelerin karakterizasyonu ve özelliklerinin incelenmesi amaçlanmaktadır. Bu amaçla silisyum, titanyum ve zirkonyum alkoksit bileşiklerine, polimerleşebilen grup içeren bileşikler bağlanmış ve elde edilen makromonomerler farklı yöntemler kullanılarak polimerleştirilmiştir. Deney sırasında metal alkoksit bileşikleriyle çalışılırken karşılaşılan bazı problemleri ortadan kaldırmak için, hem makromonomerin hazırlanması aşamasında hem de polimerizasyon sırasında yeni yaklaşımlar kullanılmıştır. Metal alkoksit bileşiklerinin sol ortamında davranışını etkileyen dört önemli parametre vardır; metal alkoksit bileşiğinin cinsi, çözücünün türü, katalizör ve pH. Çalışmalar sırasında öncelikle kolayca jelleşen zirkonyum alkoksit bileşiklerinin metakrilik asitle oluşturduğu makromoleküllerin ve bu makromoleküllerden yola çıkarak hazırlanan polimerlerin j elleşme sürelerine çözücünün etkisi incelenmiştir. Deneysel koşulların optimizasyonundan sonra, elde edilen makromonomerler hem klasik yöntemlerle hem de geliştirdiğimiz katalizör sistemleriyle polimerleştirilmiştir ve elde edilen ürünler FTIR, X-Ray, DTA,TGA teknikleriyle karakterize edilmiştir. Ziegler-Natta türü katalizörleri hazırlamak için Asbest saflaştırılmış ve son ürünün yapısal özellikleri incelenmiştir. TiCl4 asbest ile reaksiyona sokulmadan, asbest ısıl işleme tabi tutulmuş ve meydana gelen değişikliklerin aktivasyon enerjileri hesaplanmıştır. Makromonomerin sürenle oluşturduğu kopolimer için reaktivite oranlan hesaplanmış ve Asbest-TiCİ2 temelli katalizör sisteminin epoksi polimerizasyonu üzerindeki etkileri GPC analizleriyle incelenmiştir. Anahtar kelimeler: Sol-jel, nanokompozit, asbest, ormoser, hibrit seramik. 11

ABSTRACT Öne of the main objectives of the material science is to develop new materials with magnetic, optic ör catalytic properties. Usage of the hybrid polymers to combine inorganic and organic components in molecular level is a promising method. By using this strategy, it is possible to modify the content and the structure of the prepared substances in desired direction. in recent years, polymerization of inorganic-organic systems containing polymerizable groups via in-situ polymerization is the most used strategy to obtain structures called ORMOCER. Sol-gel reaction are used for preparation of ormocers for many years. Morphologically different silicates could be prepared by using starting materials such as; tetraetoksisilane (TOES) and tetrametoksisilane (TMOS). Functional group containing silanes could be used to prepare ormocers and using non hydrolizable R groups in RSi(OR)3 structure make easy to give organic functionality to the ceramic structure. By this means, it is possible to connect polymers with different properties as a organic groups to the ceramic structure. in this study, it is aimed to characterize and examine the properties of ORMOCER materials prepared by developed new strategies. For this purpose, copounds which have polymerizable groups were attached to the silisium, titanium and zirconium alkokside compounds and obtained macromonomers were polymerized by using different methods. in order to eliminate the problems encountered while working metal alkoksite compounds, new approaches were used both in preparation of macromonmer and polymerization steps. There are four parameters affecting the gelation time of the metal alkokside compounds; type of metal alkokside, solvent, catalyst and pH. During studies, the effect of solvent on macromonomer's and polymer's gelation time was investigated for the zirconium alkokside compound which has fast gelation tendency. After optimization of the experimental conditions, macromonomers were polymerized by both classical methods and new developed catalyst system and final product was characterized by FTIR, X-Ray, DTA and TGA techniques. in order to prepare Ziegler-Natta type catalyst, Asbestos was purified and property of final product was investigated. Before the reaction of Asbestos with TiCU, it was treated thermally and activation energy of occurred changes was calculated. iii Reactivity ratio was calculated for copolymer formed between macromonomer and styrene and effect of Asbest-TiCb catalyst system on epoxy polymerization was investigated by using GPC analysis. Key words: Sol-gel, nanocomposite, asbestos, ormocer, hybride ceramic.