Hızlı kuruyan su bazlı kaplama malzemelerinin sentez ve karakterizasyonu

Abstract

Emülsiyon polimerizasyonu; su bazlı bir emülsiyon, en az bir monomer ve sürfaktan ilebaşlayan serbest radikal polimerizasyonu prosesidir. Polimerizasyon işlemi sırasında,sürfaktanlar partikül nükleasyonu için alanlar oluşturur, partikül büyüklüğünü kontrol eder vepartiküller oluştukça kolloidal stabiliteyi sağlar. Yüksek su duyarlılıkları nedeniyle, gelenekselanyonik sürfaktan içeren emülsiyon polimerleri suya karşı zayıf bir dirence sahiptir.Alkali çözünür reçineler (AÇR'ler), hem hidrofobik kısımlara hem de karboksilik asit gibifonksiyonel gruplarına sahip olan spesifik tipte polimerik yüzey aktif maddelerdir. Gelenekselyüzey aktif maddeler esas olarak emülsiyon polimerlerinin stabilizasyonu için kullanılır. Budurum ayrıca, lateks parçacıklarına elektrosterik stabilizasyon sağlayan alkali çözünür reçinelerile de elde edilebilir. Böylece, geleneksel yüzey aktif maddelerin miktarı azaltılabilir veyatamamen değiştirilebilir. Alkali çözülebilir reçineler, çıkarılabilir koruyucu kaplamalar, basıncaduyarlı yapışkanlar, su bazlı grafik sanatları ürünleri, deri kaplamaları, kağıt kaplamaları veinşaat malzemeleri gibi çeşitli alanlarda kullanılabilir.Bu çalışmada, bimodal partikül boyutu dağılımına sahip alkali çözünür reçine destekliemülsiyon polimerleri sentezlenmiştir. Aynı zamanda, bu tür emülsiyon polimerlerini üretmekiçin yöntem geliştirilmiş ve özellikle hızlı kuruma istenen uygulamalarda bu AÇR stabilizepolimerin kullanımına ilişkin uygulamaları belirlenmiştir.HIZLI KURUYAN SU BAZLI KAPLAMA MALZEMELERİNİN SENTEZ VEKARAKTERİZASYONUxvBu doğrultuda, elde edilen emülsiyon polimerleri, özellikle hızlı kurumaya ihtiyaç duyulanuygulamalarda, örneğin hızlı kuruma sürelerine sahip boya bileşimlerinin yapımında, filmoluşturma ve kaplama bileşimlerinde kullanılabilir.Doktora tezinde, emülsiyon polimerizasyonu yöntemiyle, alkali çözülebilir reçine kullanılarakelde edilen polimerlerin partikül boyutu dağılımının kontrol edildiği yöntemler geliştirilmiştir.Böylelikle, monomodal ya da bimodal partikül boyutu dağılımına ve yüksek katı içeriğe sahipalkali çözünebilir reçine destekli emülsiyon polimerleri üretilmiştir.Çalışmada farklı oranlarda MAA monomeri kullanılarak, MMA/EA, ST, EHA, ACN, BAbileşimlerinde AÇR'ler hazırlanmıştır. Ardından bu AÇR'ler kullanılarak; MMA/ST veMMA/EA bazlı polimerler sentezlenmiştir. Ürünlerin FTIR spektroskopisi analizi, termalanalizi (DSC), gaz kromatografisi (GC), partikül boyutu analizi (PBD), optik analizi (TEM),molekül ağırlığı analizi (GPC), reolojik analiz, yapısal analizleri (NMR) ile, alkali çözünürreçine ve polimerlerde kullanılan farklı hidrofilitedeki monomerlerin çözünürlük değerlerininve buna bağlı olarak farklandırılan partikül boyut dağılımının kuruma üzerine etkileri, analizsonuçları ile birlikte bulgular kısmında verilmiştir.AÇR sentezinde kullanılan MAA miktarı arttıkça, bu AÇR'ler tarafından üretilen polimerlerinönce büyük bir ortalama partikül boyutu dağılımına, daha sonra bimodal yapıya geçtiği,sonrasında dağılımın dar ve küçük tane boyutuna ulaştığı görüldü. AÇR'lerin çözünürlüğündekiazalma ile oluşan polimerlerin ortalama partikül boyutu arasında doğru orantılı bir şekilde artmaolduğu bulundu.Ayrıca, benzer MAA miktarlarına sahip AÇR kullanılarak oluşturulmuş, ancak yapıdaki komonomerinfarklılaştırılmasıyla sentezlenen polimerlerin partikül boyutu dağılımı, kullanılanmonomerin suda çözünürlüğüne bağlı olarak değişti. Suda çözünürlük arttıkça; bu monomerleresahip AÇR'ler tarafından üretilen polimerler önce büyük bir ortalama partikül boyutu dağılıma,daha sonra bimodal yapıya geçtiği, sonrasında dağılım dar ve küçük tane boyutuna ulaştığıgörüldü.Yapılan çalışmada, geleneksel sürfaktanlı sistemler ile üretilen polimerlerin su tutucuözelliklerinin kuruma zamanını negatif olarak etkilemeleri nedeniyle, AÇR kullanılaraksentezlenen polimerin, geleneksel polimere göre çok daha hızlı kuruduğu görüldü. Bimodalpartikül büyüklüğü dağılımı ile sentezlenen yüksek katı düşük viskoziteli polimerlerin ihtivaettiği su miktarının az olması nedeniyle daha hızlı kuruduğu gözlendi. Bunun yanı sırahidrofobite arttıkça, yüzey gerilimi ve ıslanma özelliğinin düşmesi, yüzeyde adsorplananve/veya absorplanan su miktarının azalması, hızlı kurumaya sebep oldu.Geleneksel sürfaktanlar ile hazırlanmış lateksler ve yeni geliştirilen AÇR bazlı polimerlerinboya aplikasyon çalışmaları, ovma direnci, kuru/ıslak yapışma ve mekanik dayanımının AÇRbazlı polimerlerde daha yüksek olduğunu gösterdi.

Emulsion polymerization is a type of free radical polymerization process which most of thetime starts with an emulsion incorporating water, at least one monomer and a surfactant. Duringthe polymerization process, surfactants provide sites for particle nucleation, controls the particlesize and provide colloidal stability as the particles are formed. Due to their high watersensitivities, they cause poor resistance to water for the emulsion polymers containing them.Alkali soluble resins (ASR's) are specific type of polymeric surfactants which have bothhydrophobic parts and carboxylic acid functional groups. Conventional surfactants are mainlyused for stabilization of emulsion polymers. This can also be achieved by alkali soluble resinswhich provide electrosteric stabilization to the latex particles so that the amount of conventionalsurfactants can be decreased or they can even be completely replaced. The applications of alkalisoluble resins have been possible in a variety of different fields such as removable protectivecoatings, pressure sensitive adhesives, water-based graphic arts products, leather finishes, papercoatings and construction materials.This study relates to an alkali soluble resin supported emulsion polymer composition having abimodal particle size distribution. It also relates to a process for producing such an emulsionpolymer and to the use of this polymer in applications especially where fast drying is desired.SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION OF FAST DRY WATER BASEDCOATING MATERIALxviiAccordingly the resulting emulsion polymers can be used in film forming and coatingcompositions especially in applications where fast drying is required, for instance in makingpaint compositions having rapid drying times.According to the present study, it is has been possible to provide a method for producing analkali soluble resin supported polymer by using emulsion polymerization process, where theparticle size distribution is controlled over a wide range. Additionally, a method for producingan alkali soluble resin supported emulsion polymer that allows for a polymodal and/or bimodalparticle size distribution and a high solid content in the resulting emulsion polymer is alsoprovided.In the study, ASR's were prepared in MMA / EA, ST, EHA, ACN, BA compounds by usingdifferent ratios of MAA monomer. MMA / ST and MMA / EA based polymers weresynthesized with these ASRs. FTIR spektroskopy, thermal analysis (DSC), gas chromatography(GC), Particle size distribution (PBD), optic analysis (TEM), molecular weight analysis (GPC),reology, moleculer analysis (NMR) and drying time analysis were aplied.It has been found out that as the amount of methacrylic acid (MAA) used in the alkali solubleresin synthesis increases, the polymers made by these ASRs first have a large particle sizedistribution, then pass to the bimodal structure, and then the particle size distribution becomesnarrow and small particle size. There is a direct relation between the solubility of the ASR andaverage particle size of the polymers.Furthermore, polymers formed using ASRs having the same MAA amounts but synthesized bydifferentiation of the co-monomer in the structure; particle size distribution varies dependingon the water solubility of the monomer used. As the water solubility increases; it has beenobserved that polymers in which the ASRs formed using these monomers are used have largedistributions of particle size first, then into bimodal structure, and then the distribution becomesnarrow and small.In this study, the polymers produced with conventional surfactant systems have a negativeeffect on the drying time due to their water-retaining properties, the polymer synthesized usingACR was found to dry much faster than the conventional polymer. The high solids low viscositypolymers synthesized by bimodal particle size distribution were found to dry faster because ofthe less amount of water contained. In addition, as the hydrophobicity increases, the surfacetension decreases, the wetting property decreases, the amount of water adsorbed and / orabsorbed on the surface decreases, which caused fast drying.Paint application studies of polymer prepared with conventional surfactants and newlydeveloped ASR-based polymers have shown; scrub resistance, dry / wet adhesion andmechanical strength are higher in ASR based polymers.