Poli(laktik asit) üretimine işletme parametrelerinin etkisi
Effect of operating parameters to the production of poly(lactic acid)
Yazar: EBRU TEKTEMUR
Danışman: PROF. DR. EMİNE BAYRAKTAR
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, yenilenebilir kaynaklardan üretilebilen laktik asitin polimerizasyonu ile, biyobozunur ve biyouyumlu bir polimer olan poli(laktik asit)in (PLA) sentezi amaçlanmıştır.Biyobozunur bir polimer olan poli(laktik asit) sentezi, erime polikondensasyonu yöntemi ile SnCl2, Sn(Oct)2 ve Sb2O3 katalizörlüğünde gerçekleştirilmiştir. SnCl2 oligomere göre ağırlıkça %0.05; 0.1 0.3 ve 0.5; Sn(Oct)2 % 0.05; 0.1; 0.3; 0.45 ve 0.75 ve Sb2O3 % 0; 0.05; 0.1; 0.3; 0.5 ve 0.75 miktarlarında kullanılmıştır. Katalizör olarak SnCl2 kullanıldığında, PLA üretimi protik asit varlığında gerçekleştirilmiştir. Protik asit etkisi borik asit (BA) ve paratoluen sülfonik asit (TSA) kullanılarak incelenmiştir. Optimum SnCl2 miktarı TSA ile eşmolar kullanıldığı durum için oligomere göre ağırlıkça %0.3, Sn(Oct)2 miktarı %0.45, Sb2O3 %0.5 olarak belirlenmiştir. Belirtilen katalizör derişimlerinde 180°C sıcaklık ve 10 mmHg polimerizasyon basıncında 5 saat yürütülen deneyler sonucunda sırasıyla 46600, 36600 ve 26900 Da ortalama mol kütlesinde PLA üretimi sağlanmıştır. Belirlenen katalizör miktarları için değişik polimerizasyon basınçlarında çalışılmıştır. Bu amaçla polimerizasyon sırasında 5 saat süresince ayrı ayrı 5 mmHg, 10 mmHg, 20 mmHg, 30 mmHg ve kademeli basınç indirgeme deneyleri (2 saat 30 mmHg, 2 saat 20 mmHg, 1 saat 10 mmHg) uygulanmıştır. SnCl2 katalizörlüğünde en yüksek ortalama mol kütlesi 5 mmHg polimerizasyon basıncında 55700 Da elde edilirken; Sn(Oct)2 ile 48700 Da ve Sb2O3 ile 29200 Da olarak kademeli basınç düşmesi ile elde edilmiştir. Değişik polimerizasyon basınçlarının farklı sürelerde uygulandığı deney setinde ise 2 saat 30 mmHg, 3 saat 20 mmHg ve devam eden 3 saat süresince 10 mmHg polimerizasyon basıncının uygulanması ile ortalama mol kütlesi 64000 Da'a ulaşmıştır. Laktik asitten halka açma polimerizasyonu ile polilaktit sentezinde katalizör olarak Sn(Oct)2, başlatıcı olarak pentaeritritol kullanılmış ve 20 dakikalık polimerizasyon süresi sonunda 90800 Da ortalama mol kütlesi elde edilmiştir.Ayrıca, ortalama mol kütlesine ses ötesi dalga ve rasemik monomer kullanımının etkisi incelenmiştir. Polimer örneklerine FTIR, UV, DSC analizleri ve mekanik testler uygulanmıştır. DSC analizleri ile belirlenen camsı geçiş sıcaklığı (Tg) değerleri 40-60°C aralığındadır. Mekanik testler ile malzemede elde edilen maksimum gerilme direnci 0.236 MPa, kopmada uzama yüzdesi %4 olarak belirlenmiştir.Anahtar Kelimeler: biyobozunur polimer, poli(laktik asit), erime polikondensasyonu, ikili katalizör sistemleri, halka açma polimerizasyonu

Abstract:
In this study the aim is to synthese a biodegradable and biocompatible polymer named polylactic acid (PLA), which is produced by the polymerization of lactic acid that can be obtained with the usage of reproducable resources.Polylactic acid synthesized via melt polycondensation method with the usage of SnCl2, Sn(Oct)2 and Sb2O3 as catalyses. SnCl2 was used with an amount as %0.05; 0.1 0.3 ve 0.5 (g); Sn(Oct)2 was used % 0.05; 0.1; 0.3; 0.45 ve 0.75 (g) where Sb2O3 was used % 0; 0.05; 0.1; 0.3; 0.5 ve 0.75 (g) relative to OLLA. When SnCl2 was used as catalyst, protic acid is also added in the course of the production of PLLA. The effect of protic acid was examined with the usage of boric acid (BA) and paratoluen sulfonic acid (TSA). Optimum catalyst amounts was determined as %0.3 (g) for SnCl2 while it was used with an equimolar ratio to TSA; %0.45 (g) for Sn(Oct)2 and %0.5 (g) for Sb2O3. At 180°C and 10 mmHg polimerization pressure, PLA was produced with a molecular weight 46600, 36600 and 26900 Da respectively with the predetermined catalyst ratios at 5 hour. For the determined catalyst ratios, different polymerization pressures was examined. For 5 hour polymerization time, 5 mmHg, 10 mmHg, 20 mmHg, 30 mmHg and a porogresivve presuure dropping method was applied separately. When SnCl2 was used as polymerization catalyst, the highest molecular weight was achived as 55700 Da at 5 mmHg. When Sn(Oct)2 and Sb2O3 was used as polymerization catalysts, the highest molecular weight was achived as 48700 Da and 29200 Da respectively, at progressive pressure dropping method. Different polimerization pressures was applied during different polymerization times and polymer with 64000 Da was produced with a programme like 2 hours 30 mmHg, 3 hours 20 mmHg and during the following 3 hours 10 mmHg polimerization pressure was applied. PLA wtih a molecular weight 90800 Da was also produced with ring opening polymerization method with the usage of Sn(Oct)2 as catalyst and pentaeritritol as initiator at 20 minute.Besides, the use of rasemic lactic acid and ultrasound effecet to the molecular weight was examined. FTIR, UV, DSC analyses and mechanic tests was applied to the synthesized polymers. (Tg) was determined at a 40-60°C temparature range with DSC analyse. Maximum stress was determined as 0.236 MPa and elongation at break was determined as %4 with mechanic tests.Key words: biodegradable polymer, polylactic acid, melt polycondensation, binary catalyst systems, ring opening polymerization