Synthesis of composite filling materials for non-scratch paints and coatings

Abstract

Modern boyalar ve kaplamaların mekanik ve fiziksel özelliklerinin geliştirilmesi, otomotiv, inşaat ve denizcilik gibi belirli endüstriyel uygulamalar için oldukça önemlidir. Bu araştırma, dayanıklılığı ve çizilme direncini artırmayı hedefleyen, boya ve kaplamalarda kullanılmak üzere silika (SiO₂) ve bor-silika kompozitleri (Boron-SiO₂) içeren kompozit dolgu malzemelerinin geliştirilmesine odaklanmaktadır. Çalışma, bu dolguların diğer katkı maddeleriyle birlikte koruyucu kaplamaların mekanik ve işlevsel özelliklerini nasıl geliştirebileceğini incelemektedir. Silika nanoparçacıklarının iyi bilinen kimyasal stabilitesi, sertliği ve yüksek yüzey alanından yola çıkarak, bu çalışmada kullanılan üretim tekniği Stöber sentez yöntemidir. Bu teknik, partikül boyutu, morfolojisi ve dağılımı üzerinde hassas kontrol sağlar ve kaplama özelliklerinin yüksek bir doğrulukla ayarlanmasına olanak tanır. Ayrıca, boyalar/kaplamalar için çizilme direncini daha da geliştirmek amacıyla Boron-SiO₂ kompozitlerinin sentezi gerçekleştirilmiştir. Silika matrisine bor eklenmesi, malzemenin mekanik dayanımını ve dayanıklılığını artırmış, böylece onu koruyucu uygulamalar için son derece uygun hale getirmiştir. Boron-SiO₂ parçacıklarının özelliklerini optimize etmek için kontrollü içerik ekleme yöntemleri dahil olmak üzere çeşitli sentez teknikleri incelenmiştir. Elde edilen kompozit nanoparçacıklar, SEM, STEM, TEM, FTIR ve ICP-MS gibi karakterizasyon teknikleriyle birlikte parçacık yapısını incelemek için ek testlere tabi tutulmuştur. Çizilme direnci performans testleri, Boron-SiO₂ kompozitleri ile doldurulmuş kaplamaların, üretim yöntemine bağlı olarak geleneksel silika dolgulu kaplamalara göre önemli ölçüde daha iyi performans gösterdiğini ortaya koymuştur.The development of mechanical and physical properties in modern paints and coatings are highly relevant to specific industrial applications, such as automotive, construction, and marine industries. This research focuses on developing composite filler materials comprising silica (SiO₂) and boron- silica composites (Boron-SiO₂) for use in paints and coatings, aiming to enhance durability and scratch resistance. The study investigates how these fillers, together with other additives, can improve the mechanical and functional properties of protective coatings. Starting with the well-known chemical stability, hardness, and high surface area of silica nanoparticles, the production technique used in this study is the Stöber synthesis method. This technique allows for precise control over particle size, morphology, and distribution, enabling adjustments to coating characteristics with a high degree of accuracy. Furthermore, the synthesis of Boron-SiO₂ composites is performed to further improve scratch resistance of paints/coatings. The addition of boron to the silica matrix enhanced its mechanical strength and durability, making it highly suitable for protective applications. Various synthesis techniques, including controlled contents additon methods, were investigated to optimize the properties of Boron-SiO₂ particles. The resulting composite nanoparticles were then characterized using SEM, STEM, TEM, FTIR, and ICP-MS, along with additional tests to examine particle structure. The scratch resistance performance tests revealed that coatings filled with Boron-SiO₂ composites perform significantly better than conventional silica-filled coatings, depending very much on the method of boron-silica composite nanoparticles were produced.