Bor İçeren Polimerlerin Sentezi Ve Karakterizasyonu

Abstract

Bor, atom numarası 5 olan ve metaller ile non-metaller arasındaki sınır hattını oluşturan özelliklere sahip bir grup 13 yarı metalidir. Yapısında bulunduğu bileşiklerin ve malzemelerin özelleşmiş rolleri vardır. Örneğin Cam ve seramik endüstrisinde, ilgili malzemelerin ısı şokuna dayanıklı olması için kullanılmaktadır. Özellikle yanmazlık arttırıcı termal özelliklerinden dolayı bor elementinin polimerlerde kullanımı son yıllarda artış göstermiştir. Yapılan çalışmalara göre Bor elementinin birçok akrilik yapı ile reaksiyonu sonucu bor ihtiva eden akrilik bileşikler sentezlenmiştir. Akrilik polimelerlerin ise başta boya olmak üzere birçok endüstride kullanımı yaygın olmakla birlikte birçok kopolimer türevi mevcuttur. Bu çalışmada da Bor ihtiva eden akrilik monomer sentezlenecek olup ilgili monomerin karakterizasyonu yapılacaktır. Daha sonra bu monomerin homopolimeri ve kopolimerleri sentezlenecektir. Daha sonra da bu yapıların karakterizasyonu gerçekleştirelecektir. Polimerizasyon yöntemi olarak serbest radikal polimerizasyonu uygulanacaktır. Bu tezde ilk olark esterifikasyon reaksiyonu ile boron akrilik monomer sentezlenmiştir. Borik asit, neopentyl glycol ve akrilik monomer olan HEMA (2-Hydroxyethyl methacrylate ) reaksiyona sokularak boron akrilik monomer elde edilmiştir. Sentezlenen monomer HEMA ile karşılaştırılarak FT-IR, 13C-NMR, 1H-NMR ve 11B-NMR ile karakterize edilmiştir. Yeni monomerin sentez ve karakterizasyonundan sonra, serbest radikal polimerizasyonu (FRP) kullanılarak homopolimeri, St ve MMA ile kopolimerizasyonları gerçekleştirilmiştir. Bu monomerin St ile kopolimerizasyon davranışı incelenmiştir. Yapı ve reaktivite ile sonuçlar arasındaki ilişki hakkında bilgi elde etmek amacı ile her iki monomerin kinetiği de çalışılmıştır. Çalışılan monomer çifti için monomer reaktivite oranları extended Kelen-Tudos (EKT) metodu kullanılarak hesaplanmıştır. Kopolimerlerin bileşimi ve monomer reaktivite oranları kopolimerizasyonun rastgele kopolimerizasyon olduğunu göstermiştir. Sentezlenen polimerlerin termal davranışları da TGA ve DSC yöntemleri ile incelenmiştir. Homopolimer 72.3 oC tek bir camsı geçiş sıcaklığı göstermişdir. St kopolimerleri, kopolimer bileşimine bağlı olarak 62.9 oC ile 97.2 oC arasında değişen tek bir camsı geçiş sıcaklığı göstermiştir. Yapılan TGA analizleri ile kopolimerlerin TGA diagramlarının, kullanınlan monomerlerin homopolimerler diagramlarının arasında olduğu tespit edilmiştir. Bu doğrultuda St kopolimeri tek bir bozunma verirken, BAc homopolimeri ise iki bozunma vermiştir.

Boron is a Group 13 element that has properties which are borderline between metals and non-metals (semimetallic) which atomic number is 5. Boron compounds have specialized roles in high strength, low weight structural materials. For example, boron is used in glass and ceramic industry for making material resistant to heat. Especially because of its flame retardant properties, usage of boron in polymers is increased in past few years. According to the studies, reactions between boron element and acrylic polymers resulted with acrylic polymers containing boron. Acrylic polymers can be used in many industries, primarily in dye industry, and also it has many copolymer derivatives. In this study, boron containing acrylic monomers was synthesized and characterized. Afterwards, homopolymers and copolymers were synthesized from the boron containing acrylic monomer. Free radical polymerization is choosen as the polymerization method and finally, polymers are characterized with different methods. In this thesis, firstly with esterification reaction boron acrylic monomer is synthesized. Boric acid, neopentyl glycol and as for acrylic monomer HEMA (2-hydroxyethyl methacylate) are reacted to obtain boron containing acrylic monomer. Characterization is made by FT-IR, 13C-NMR, 1H-NMR ve 11B-NMR and results of synthesized monomer is compared with HEMA. After the characterization, homopolymer and copolymers with styrene (St) and methyl methacylate (MMA) are synthesized by free radical polymerization. Properties of copolymer synthesized with St is examined detaily. Monomer reactivity ratios for the studied monomer pair were calculated by using extended Kelen-Tudos (EKT) method. Copolymerization composition and reactive ratios show that the copolymerization is occured randomly. Thermal behaviors of synthesized polymers are studied by TGA and DSC methods. Homopolymer has one glass transition temperature at 72.3 oC. Depending on the copolymer composition, St copolymers have glass transition temperatures between at 62.9 oC and 97.2 oC. As a result of TGA analyzes, TGA diagrams of copolymers were determined to be in between TGA diagrams of pBAc and pSt . Based on these results, while St copolymer has one decomposition, BAc homopolymer has two decomposition.