Farklı hammaddelerden poliüretan köpüklerin hazırlanması ve karakterizasyonu
Preparation and characterization of polyurethane foams from different raw materials
Yazar: NESRİN OĞUZ
Danışman: PROF. DR. TÜLİN BANU İYİM ; DOÇ. DR. SERKAN EMİK
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimyasal Teknolojiler Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Poliüretan köpük = Polyurethane foam ; Rijit poliüretan = Rigid polyurethane

Özet:
Bu tez çalışmasında, sert (rigid) poliüretan köpük üretiminde kullanılan farklı başlangıç maddelerinin ürün üzerine etkisini incelemek amacıyla poliüretan sert köpükler sentezlenmiştir. Bu kapsamda poliüretan sentezinde kullanılan petrol esaslı polioller yerine kullanılabilecek bitkisel yağ (ayçiçek, kanola ve mısır yağları) esaslı polioller sentezlenmiştir. Ayrıca köpüklerin mekanik özelliklerini geliştirmek amacıyla farklı çekirdek yapısına sahip ve yüksek oranda dallanmış yapıda olan çok dallı polioller sentezlenmiştir. Polieter poliol ile birlikte bitkisel yağ esaslı polioller ve çok dallı poliollerin değişik oranları köpük formülasyonunda kullanılmıştır. Polioller ile birlikte aynı zamanda şişirici madde olan suyun ve şişirici katalizörün değişik oranları kullanılmıştır. Böylece poliüretan köpüklerin sentezinde kullanılan poliol, şişirici madde ve katalizör gibi köpük bileşenlerinin son ürün özelliklerine etkisi incelenmiştir. Kullanılan başlangıç maddesine bağlı olarak köpüklerde meydana gelen fiziksel, mekaniksel ve yapısal değişimler belirlenmiştir.

Fourier Transform Infrared (FT-IR) analizleri ile poliollerin yapısal karakterizasyonları yapılmıştır. Çok dallı poliollerin dallanma dereceleri, 13C-NMR analizleri ile belirlenmiştir. Elde edilen köpüklerin ısıl kararlılıkları termogravimetrik analiz (TGA) ile incelenmiştir. Köpüklerin hücre yapıları taramalı elektron mikroskobu (SEM), mikroskop ve gaz piknometresi ile incelenmiştir. Ürünlerin mekanik özellikleri basma test cihazı, ısıl iletkenlik katsayıları ise ısıl iletkenlik cihazı ile belirlenmiştir.

Bu çalışmada sentezlenen bitkisel yağ esaslı ve çok dallı poliollerin yalnız başına poliüretan köpük üretimi için yeterli olmayacağı, fakat polieter poliol ile birlikte belirli oranlarda kullanılmasıyla ürünlerin mekanik özelliklerini geliştirdiği görülmüştür. Özellikle de çok dallı polioller ile sentezlenen köpükler üstün mekanik özellikler sergilemiştir. Köpüklerde şişirici madde olarak düşük ısıl iletkenlik katsayısına sahip şişirici gazlar yerine suyun kullanılması köpüklerin ısıl yalıtkanlıklarını fazla etkilememiştir.

Abstract:
In this thesis, polyurethane rigid foams were synthesized to investigate the effect of different starting materials used in rigid polyurethane foam production. In this context, vegetable oil (sunflower, canola and corn oil) based polyols which can be used instead of petroleum based polyols used in polyurethane synthesis have been synthesized. Besides, in order to improve the mechanical properties of the foams, hyperbranched polyols having different core structure and highly branching structure have been synthesized. Various proportions of vegetable oil-based polyols and hypebranched polyols in combination with polyether polyols have been used in the foam formulation. Different ratios of blowing catalyst and water as blowing agents, are used together with the polyols. Thus, the effect of foam components such as polyol, blowing agent and catalyst used in the synthesis of polyurethane foams on final product properties is investigated. Depending on the starting material used, physical, mechanical and structural changes in the foams have been determined.

Structural characterization of polyols was carried out by Foruier Transform Infrared (FTIR) analysis. The branching ratios of the hyperbranched polyols were determined by 13C-NMR analyzes. The thermal stability of the obtained foams was examined by thermogravimetric analysis (TGA). Cell structures of the foams were examined by Scanning Electron Microscope (SEM), microscope and gas pycnometer. The mechanical properties of the products were determined by Compression Tester and the coefficients of thermal conductivity were determined by thermal conductivity device.

It has been shown that the vegetable oil based and hyperbranched polyols synthesized in this study will not be sufficient for the production of polyurethane foam alone but at certain ratios with the polyether polyol to improve the mechanical properties of the products. In particular, foams synthesized with hyperbranched polyols exhibit superior mechanical properties. The use of water instead of blowing gases having a low thermal conductivity coefficient as a blowing agent in foams has not greatly influenced the thermal insulation of the foams.