Nano h-BN'nin RAFT polimerizasyonu ile yağlayıcı içerisindeki stabilitesinin geliştirilmesi

Bu yüksek lisans tezinde, hekzagonal bor nitrür (h-BN) nanoparçacıklarının apolar yağlayıcı ortamlardaki dispersiyon kararlılığını artırmak amacıyla yüzeylerinin polimerik olarak fonksiyonlandırılması hedeflenmiştir. Bu doğrultuda, kontrollü serbest radikal polimerizasyon yöntemlerinden RAFT (Reversible Addition–Fragmentation chain Transfer) polimerizasyonu kullanılarak h-BN yüzeyine yağ uyumlu polimer zincirleri kovalent olarak graft edilmiştir. Çalışma kapsamında, 2-hidroksietil metakrilat (HEMA), farklı zincir uzunluklarına sahip yağ asitleri (pentanoik, laurik ve palmitik) ile esterleştirilerek yağ ortamlarıyla uyumlu metakrilat monomerleri (FAMA) sentezlenmiştir. Bu monomerler RAFT polimerizasyonu ile düşük polidispersite indeksine sahip, karboksil uçlu homopolimerlere dönüştürülmüş ve hidroksillenmiş h-BN yüzeyine DCC/DMAP katalizli esterleşme yoluyla bağlanmıştır. Fonksiyonelleştirilmiş h-BN yapıların karakterizasyonu FTIR, NMR, Raman, XRD analizleriyle yapılmış; polimer zincirlerinin moleküler ağırlıkları GPC ile belirlenmiştir (Mn: 4.073–4.370 g/mol). Analizler, graftlama işleminin başarılı olduğunu ve h-BN’nin kristal yapısının korunduğunu göstermiştir. %0.5 oranında castor yağı içindeki süspansiyonlar 21 gün boyunca UV–vis spektroskopisiyle takip edilmiş; kısa zincirli PPEMA polimeriyle modifiye edilen h-BN’nin en yüksek kolloidal stabiliteyi sağladığı belirlenmiştir. Sonuç olarak, yağ asidi türevli metakrilatların RAFT yöntemiyle sentezlenip hBN yüzeyine kovalent olarak graft edilmesi, bu 2B nanomalzemenin yağlayıcı sistemlerdeki dispersiyon kararlılığını önemli ölçüde artırmıştır. Bu çalışma, RAFT tabanlı yüzey mühendisliğinin, apolar ortamlarda sınırlı kararlılık gösteren nanomalzemelerin pratik uygulamalarına entegrasyonu için etkili bir yöntem olduğunu ortaya koymaktadır.

This MSc thesis focuses on enhancing the dispersion stability of hexagonal boron nitride (h-BN) nanoparticles in apolar lubricant media through surface polymer functionalization. For this purpose, RAFT (Reversible Addition–Fragmentation chain Transfer) polymerization, a controlled radical polymerization method, was employed to covalently graft oil-compatible polymer chains onto the h-BN surface. In the study, 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA) was esterified with fatty acids of different chain lengths (pentanoic, lauric, and palmitic) to synthesize lubricantcompatible methacrylate monomers (FAMA). These monomers were polymerized via RAFT polymerization to obtain carboxyl-terminated homopolymers with low polydispersity indices. The resulting polymers were grafted onto hydroxylated h-BN surfaces via DCC/DMAP-catalyzed esterification. The polymer-functionalized h-BN structures were characterized using FTIR, NMR, Raman spectroscopy, and XRD, while molecular weights of the polymer chains were determined by GPC (Mn: 4,073–4,370 g/mol). The analyses confirmed successful grafting and preservation of the h-BN crystalline structure. Dispersibility was assessed by monitoring 0.5 wt% suspensions in castor oil over 21 days using UV–vis spectroscopy, revealing that h-BN modified with the short-chain PPEMA polymer exhibited the highest colloidal stability. In conclusion, covalent grafting of fatty acid-derived methacrylate polymers synthesized via RAFT onto h-BN surfaces significantly improved the long-term dispersion stability of this 2D nanomaterial in lubricant systems. This study demonstrates the effectiveness of RAFT-based surface engineering as a strategy for integrating nanomaterials with limited colloidal stability into practical applications.