Gossypollü ve gossypolsüz pamuk şiflerinden elde edilen poliüretan esaslı izolasyon köpüklerin özelliklerinin araştırılması
Characterization of polyurethane type isolation foams produced from cotton burrs with and without gossypol
Yazar: MUHAMMED SAİD FİDAN
Danışman: DOÇ. DR. YÜKSEL BÖLEK
Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Ziraat Bölümü / Tarla Bitkileri Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2009
Konu: Ormancılık ve Orman Mühendisliği = Forestry and Forest Engineering ; Ziraat = Agriculture
Dizin: Gossypium hirsutum = Gossypium hirsutum ; Gossypol = Gossypol ; Köpük = Foam ; Pamuk = Cotton ; Poliüretan = Polyurethane

Özet:
Bu araştırma, farklı pamuk genotiplerini beze sayısı ve gossypol miktarları yönünden karşılaştırarak, gossypol bulunmayan ve fazla gossypol içeren pamuk şiflerinden farklı reaksiyon süresi ve sıcaklığında poliüretan esaslı köpük üretmek, elde edilen köpüklerin fiziksel ve mekanik özelliklerini incelemek amacıyla ele alınmıştır.Araştırma, 2008-2009 yıllarında Kahramanmaraş Tarımsal Araştırma Enstitüsü Deneme Tarlaları ile KSÜ Tarla Bitkiler Bölümü ve Orman Endüstrisi Mühendisliği Bölümü Laboratuarlarında yürütülmüştür. G. hirsutum L. ve G. barbadense L. türlerine ait 50 adet pamuk genotipi, 70 cm sıra arası ve 20 cm sıra üzeri olacak şekilde elle ekilmiştir.Koza örneklerinde beze sayıları (birim alanda-cm2) binoküler mikroskop ile sayılarak ve gossypol miktarları HPLC (High Performance Liquid Chromatography) cihazı ile belirlenmiştir.Tarla denemesi için tesadüf blokları deneme deseni (2 tekerrür) ve laboratuar denemeleri (3 tekerrür) için ise tesadüf parselleri deneme deseni kullanılmıştır.Yüksek ve düşük gossypol içeren pamuk şifleri PEG 400-gliserin/pamuk şifi (3/1) oranı ve sülfürik asit (%9) ile iki boyunlu bir cam balon içerisinde 140 oC, 150 oC ile 160 oC sıcaklıkta ve 60, 90 ve 120 dakika süreler ile reaksiyona tabi tutulmuştur. Optimum sıvılaşma sağlayan reaksiyondan belli bir miktar alınarak belli oranlarda sürfektant, katalizör, MEG ve su ile karıştırılmıştır. Daha sonra bu karışıma belli bir oranda MDI (sertleştirici) katılıp mikserde 8000 rpm hızla 20 saniye sürede karıştırılarak köpükler elde edilmiştir.Gossypol analiz sonucuna göre yüksek (Aşkabat-91) ve düşük (Gossypolsüz-86) gossypol içeren pamuk genotiplerinden elde edilen şifler köpük yapımı için kullanılmıştır.Gossypolsüz pamuk şiflerinin kül, lignin, selüloz, holoselüloz, alfaselüloz ve alkol-benzen kimyasal analiz miktarlarının gossypollü pamuk şiflerinden daha yüksek; bunun yanında, %1'lik NaOH, sıcak su ve soğuk su çözünürlükleri ise daha düşük çıkmıştır.Gossypollü ve gossypolsüz pamuk şiflerinin reaksiyonları sonucu, gossypolsüz genotipin reaksiyona giren pamuk şifi yüzdesinin gossypollü genotipten daha yüksek çıktığı bulunmuştur.Gossypolsüz pamuk şiflerinden elde edilen köpüklerin yoğunlukları, ses izolasyon değeri, ısı kaybı hızı, yanma hızı, hücre kalınlığı, biyolojik bozunma, termal bozunması (TGA), basınç direnci, basınç direncinden hemen sonraki boyut değişim miktarı ve elastikiyet modülü değerlerinin daha yüksek; su alma miktarları, ısı iletkenlik katsayısı, ses iletim hızı ve sıcaklık kapasitesi (DSC) değerlerinin ise gossypollü pamuk şiflerinden elde edilen köpüklerin değerlerinden daha düşük olduğu bulunmuştur.Sonuç olarak, gossypolsüz pamuk şiflerinin gossypollü pamuk şiflerinden elde edilen köpüklere nazaran daha iyi olduğu ve her iki şif örneğinden elde edilen köpüklerin sentetik köpükler ile mukayese edilebilir düzeyde olduğu belirlenmiştir.

Abstract:
This research aimed to compare different cotton genotypes for the number and the amount of gossypol glands to produce polyurethane foam using cotton burr having high and no gossypol for different reaction times and temperatures and to evaluate mechanical and physical properties of the foam produced.The experiment was carried out at the research fields of Kahramanmaraş Agricultural Research Institute and research laboratories of the Departments of Field Crops and Industrial Engineering of Forestry at KSU in 2008 and 2009. Fifty cotton genotypes belonging to the Gossypium hirsutum L. and Gossypium barbadense L. genotypes were planted by hand at a distance of 70 cm and 20 cm, between and within rows, respectively.Number of glands (per cm2) on the boll samples were counted with binocular microscope and the amount of gossypol were determined by HPLC.Randomized complete block design with two replications for the field experiment and completely randomized design with three replications for the laboratory experiments were used.Selected cotton burrs were put in the reaction for 140, 150 and 160 oC and 60, 90 and 120 minute with PEG 400-gliserin/cotton burr (3/1) ratio and sulfuric acid (9%) in the glass balloon. Certain amount were taken from liquefied reaction and mixed with surfactant, foaming catalyst, MEG and blowing agent (water). After that, certain amount of MDI was added to the premixed components and stirred at a speed of 8000 rpm for about 20 sec.After analysis, burrs obtained from the genotypes having the highest (Aşkabat-91) and lowest (Gossypolsüz-86) amount of gossypol were used for foam production.The amount of ash, lignin, cellulose, holocellulose, ?-cellulose, alcohol-benzene solubility was higher, but alkali extract (1% NaOH), hot and cold water solubility was lower for the burrs with gossypol than burrs having no gossypol.Cotton burrs with gossypol had more percent burr in the reaction than the burrs with no gossypol.Burrs with no gossypol had higher values for density, sound insulation, speed of cooling, flame speed, cell size, biodegradation, thermal degradation, compressive strength, elongation after pressure and elastic modulus but lower values for water absorption test, sound conduction speed, thermal stability (TGA), heat capacity (DSC) and thermal conductivity than burrs with gossypol.As a result, foams produced from burrs having no gossypol were better than burrs having gossypol but both were almost equal to commercial polyurethane foams.