Selüloz fiber yapısı ve mekanik özellikleri üzerine poli (etilen glikol) poli(vinil alkol) ile çapraz bağlanmanın etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of crosslinking with poly(ethylene glycol) poly(vinyl alcohol) on cellulose fiber structure and mechanical properties
Yazar: FADİME İZOLLUOĞLU
Danışman: PROF. DR. SÜLEYMAN KÖYTEPE
İnönü Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Bitkilerin hücre duvarlarında ana bileşen olarak bunan selüloz, doğada en bol bulunan ve oldukça önemli bir polimerdir. Günümüzde kâğıt, tekstil ve farmasötik bileşikler gibi pek çok endüstriyel uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Selülozun daha fazla geliştirilmesi ve etkin kullanımı, yenilenebilir hammaddeler ve "yeşil" üretim süreçleriyle daha sürdürülebilir bir süreç olarak toplum için faydalıdır. Özellikle tekstil endüstrisinde kullanılan selülozik fiber yapıların mekanik özellikleri, ürün kalitesi ve kullanım süresini arttırdığı için oldukça önemlidir. Bu tür bir mekanik dayanım sağlayabilmek için selülozik fiberlerin çapraz bağlayıcı ajanlar ile modifye edilmesi avantaj sağlamaktadır. Selülozun reaktif olan bölgesi hidroksil gruplarıdır ve çeşitli kimyasal modifikasyonlar için uygundur. Bu çalışma kapsamında pamuk ipliği; kalite ve mekanik özelliklerinin iyileştirilmesi için poli(etilen glikol) (PEG) yapıları ile pamuk ipliği yapısındaki selüloz gruplarının çapraz bağlanması gerçekleştirildi. Bu işlem sırasında öncelikle farklı molekül kütlelerinde PEG grupları epiklorhidrin ile diglisidileter yapılarına dönüştürüldü. Bu işlem sırasında PEG-400, PEG-600, PEG-1000, PEG-2000 ve PEG-8000 grupları kullanılarak, PEG molekül kütlesinin çapraz bağlanmaya etkisi incelendi. Elde edilen poli(etilen glikol) diglisidileter yapıları bazik ortamda selülozik fiber ve kumaş yapıları ile etkileştirilerek modifye selüloz ürünlerine dönüştürüldü. Elde edilen tüm yapıların kimyasal yapısı FTIR spektroskopisi ile incelendi. Selüloz ve modifiye selüloz yapılarının morfolojik ve yüzey özellikleri SEM ve optik mikroskopi ile araştırıldı. Yapılan modifikasyonun mekanik özellikler üzerine etkisi ise mekanik test analiz cihazı ile belirlendi. Ham iplik yapısının kopma kuvveti 2,45N iken PEG ve PVA modifikasyonları sonrasında sırası ile 5,88N ve 5,47N değerleri elde edildi. Ham kumaş yasında kopma kuvveti 36,50N iken PEG ve PVA modifikasyonları sonrasında bu değer sırası ile 66,40V ve 114,15N değerlerine yükseldi. Bu sayede mekanik özellikleri geliştirilmiş selüloz elyaf ve kumaş yapısı elde edildi.

Anahtar Kelimeler: Poli(vinil alkol), Poli(etilen glikol), Selüloz, Pamuk, Mekanik özellikler

Abstract:
Cellulose, which is the main component in the cell walls of plants, is the most abundant and important polymer in nature. Today, it is widely used in many industrial applications such as paper, textile and pharmaceutical compounds. The further development and effective use of cellulose is beneficial for society as a more sustainable process with renewable raw materials and "green" production processes. The mechanical properties of cellulosic fiber structures used in the textile industry are especially important because they increase product quality and service life. In order to provide such mechanical strength, it is advantageous to modify cellulosic fibers with cross-linking agents. The reactive region of cellulose is hydroxyl groups and is suitable for various chemical modifications. Within the scope of this study, cross-linking of cellulose groups in the cotton yarn structure with poly(ethylene glycol) (PEG) structures was performed to improve the quality and mechanical properties of cotton yarn. During this process, PEG groups with different molecular masses were first converted into diglycidylether structures with epichlorohydrin. During this process, the effect of PEG molecular mass on crosslinking was investigated using PEG-400, PEG-600, PEG-1000, PEG-2000 and PEG-8000 groups. The obtained poly(ethylene glycol) diglycidylether structures were converted into modified cellulose products by interacting with cellulosic fiber and fabric structures in basic environment. The chemical structure of all obtained structures was examined by FTIR spectroscopy. The morphological and surface properties of cellulose and modified cellulose structures were investigated by SEM and optical microscopy. The effect of the modification on the mechanical properties was determined by mechanical test analyzer. While the breaking force of the raw yarn structure was 2.45N, 5.88N and 5.47N values were obtained after PEG and PVA modifications, respectively. While the breaking force in the raw fabric age was 36.50N, this value increased to 66.40V and 114.15N after PEG and PVA modifications, respectively. In this way, cellulose fiber and fabric structure with improved mechanical properties were obtained.

Keywords: Poly(vinyl alcohol), Poly(ethylene glycol), Cellulose, Cotton, Mechanical properties