Yüksek performanslı benzoksazin termosetleri için reaktif gruplu monomerler

Abstract

Polibenzoksazinler, ilginç birçok özellikleri ile novalak ve resol tipi fenolik reçinelerine daha üstün gelen yeni geliştirilmiş fenolik sistemlerdir. Bu malzemeler ileri teknoloji malzemesi olarak uçak, askeri araçlar, elektronik, kaplama vb. endüstriyel alanlarda uygulanma potansiyeline sahiptir. Son 20 yıldır bu termosetik polimerlerin çekici özelliklerini daha da geliştirmek için dünya çapında birçok araştırma yapılmıştır. Fonksiyonlandırılmış monomerlerden hazırlanan polimerler bazı sınırlamalarla karşılaşmıştır, örneğin, monomerler genellikle toz halindedir, film haline getirmek oldukça zordur. Kırılgan reçinelere elastomerik malzemeler katmak iyi bilinen bir yöntemdir. Fakat bu yöntemde kırılganlık azaltılırken, fenolik reçinelerin geleneksel özellikleri kaybolmaktadır. Polibenzoksazinlerin işlenebilirliğini ve mekanik özelliklerini geliştirmek için yapılan son çalışmalarda ise yapısında benzoksazin üniteleri içeren yan zincir, ana zincir veya telekilik öncü polimerleri sentezlenmiştir. Böylece kürleme ile oluşacak çapraz bağlı yapılarda benzoksazinin bağlı olduğu öncü polimerik yapıların işlenebilirliğe ve mekanik özelliklere katkısı beklenmiştir. Önerilen bu projede, polibenzoksazin termosetlerinin ısısal dayanıklılıklarını artıracak çalışmalar yapılacaktır. Bu amaçla çapraz bağlanma kapasiteleri yüksek benzoksazin monomerleri ve öncü polimerler sentezlenecek ve ısısal kürlenme davranışları incelenecektir. Çapraz bağlı yapıları artırmak için tek aşamalı Mannich kondenzasyon ile hazırlanan benzoksazin monomerine birçok fonksiyonel grup takılmıştır. Ancak bu metotta fenol başlangıç maddesi olarak kullanıldığı için üründe bu grubu taşıması mümkün değildir. Çalışmanın bir bölümünde iki ucunda fenol bulunduran benzoksazin monomerleri aşamalı olarak sentezlenecektir. Bu yeni monomerdeki fenol gruplarının katalizör gibi davranması sebebiyle kürlenme sıcaklıklarının düşük olması, böylece endüstriyel anlamda kullanımının kolaylaşması beklenmektedir. Ayrıca bu monomerlerde bulunan fenol gruplarının, kürlenirken ek çapraz bağlanma noktaları sunarak polibenzoksazin termosetlerinde ısısal kararlılığı artıracağı düşünülmektedir. Elde edilen iki ucu fenollü bu yapı, diasit klorürler ile polikondenzasyonu sonucu öncü poliesterlere ve polikarbonatlara dönüştürülecek böylece ana zincirde benzoksazin bulunduran öncü polimer sentezi için yeni bir strateji geliştirilmiş olacaktır. Bu öncü polimerlerin ısısal halka açılma reaksiyonları birçok noktadan çapraz bağlı yapılar sunduğu için, sonuçta elde edilen polibenzoksazin termosetinin yüksek ısılarda yanma ürünü yüzdesini çoğaltacaktır. Yapısında tek oksazin halkası bulunduran benzoksazin monomerleri kürlendiğinde uzun zincirler oluşturamadığı için bu alandaki çalışmalar iki fonksiyonlu benzoksazinler üzerine yoğunlaşmıştır. Ancak bu malzeme de simetrik yapılar oluşturacak şekilde dizayn edilmiştir ve asimetrik iki fonksiyonu bir benzoksazin ilk defa bu projede hazırlanacaktır. Planlanan bu çalışmada elde edilen iminlerin indirgenmesinden sonra tekrar aminler ile Mannich tipi kondenzasyonu sağlanacak ve asimetrik iki fonksiyonlu benzoksazin yapısı elde edilmiş olacaktır. Bu yeni benzoksazinden elde edilecek polibenzoksazin termosetlerinin her ünitesinde fenol, tersiyer amine ve benzen gruplarının molar dağılımı arttığı için, simetrik yapılardan daha kararlı olması beklenmektedir. Ayrıca aralarında difenol gibi gruplar bulundurmadığından daha kısa bağlarla yapılar çapraz bağlanacak bu da bozulacak bağ sayısını azaltarak ısısal kararlılığa katkı sağlayacaktır.