Kenevir yan ürünlerinden polimer kompozitlerin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of polymer composites from hemp by-products
Yazar: ALMİLA İREM MAĞDEN
Danışman: PROF. DR. FEZA GEYİKÇİ
Ondokuz Mayıs Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Son yıllarda tüm dünyada artan çevre ve ekonomik sorunlar nedeniyle insanlar sürdürebilir ve daha ulaşılabilir ürünlere yönelmektedir. Her alanda karşımıza çıkan petrol bazlı, atıkları yıllarca doğada bozunmadan kalan ve çevreye büyük zararlar veren polimerlerin yerine sürdürülebilir alternatifler dikkat çekmektedir. Çeşitli ve zengin içeriklere ve yapılara sahip bitkiler eskiden beri birbirinden farklı alanlarda kullanılmaktadır. Bitkiler kozmetik, ilaç, tıp, kağıt, kumaş, polimer gibi alanlarda hammadde ya da yardımcı madde olarak endüstride kullanılmaktadır. Buradan yola çıkarak çalışma konusu olarak polimer üretiminde bu zamana kadar kullanılmamış kenevir tohumu yağı ve keten tohumu yağından biyobozunur polimer film sentezi seçilmiştir. Polimerlerin üretimi için ilk aşamada, keten ve kenevir tohumu yağları formik asit ve hidrojen peroksit ile epoksillenmiş daha sonra farklı miktarlarda polietilen glikol eklenmiş ve Fe(NO3)3.9H2O katalizörlüğünde yağların hidroksillenmesi sağlanmıştır. Son adımda da toluen diizosiyanat ile kopolimerlerin reaksiyonu sonucu biyobozunur poliüretan filmler elde edilmiş ve vakum etüvde kurutulmuştur.
Elde edilen polimer filmler Fourier Dönüşümlü İnfrared Spektrofotometre (FTIR), Termogravimetrik Analiz (TGA), Diferansiyel Taramalı Kalorimetre (DSC) gibi yöntemler kullanılarak karakterize edilmiştir. Polimer filmlerin sudaki şişme testleri ve fosfat tampon tuz çözeltisi içindeki biyoparçalanma süreleri belirlenmiştir. 
Sonuç olarak; polimer filmlere uygulanan biyoparçalanma testine göre polimerlerin bir haftada en az %11,42, en fazla %65,47 oranında bozunduğu, iki hafta sonunda ise en az %29,34, en fazla %89,34 oranında bozunduğu tespit edilmiştir. Bunun yanı sıra yapılan şişme analizinde polimer yapısındaki çapraz bağların fazla olmasının şişme oranını azalttığı belirlenmiştir. Yapılan Fourier Dönüşümlü İnfrared Spektrofotometre (FTIR) analizinde epoksit grubuna ait pikler, Polietilen glikole ait C-O-C pikleri ve üretan bağlarına ait pikler gözlenmiştir. Termogravimetrik Analiz (TGA)'inde polimer filmlerin üç ya da dört basamaklı bozunmaya uğradığı belirlenmiştir. Diferansiyel Taramalı Kalorimetre (DSC) analizinde sentezlenen polimer filmler, yapılan literatür taraması sonucunda bulunan diğer bitkisel yağlar kullanılarak sentezlenen poliüretan filmlere göre daha yüksek sıcaklıklara ulaştığı gözlemlenmiştir. Yapılan analizler ve testler sonucunda yumuşak, esnek ve biyobozunur, kenevir tohumu yağı ve keten tohumu yağı bazlı poliüretan filmlerin sentezlenebildiği ve endüstride alternatif olarak kullanılabileceği tespit edilmiştir.

Abstract:
Due to increasing environmental and economic problems all over the world in recent years, people are turning to sustainable and more accessible products. Sustainable alternatives draw attention to the petroleum-based polymers that we encounter in every field, whose wastes remain undegraded in nature for years and cause great harm to the environment. Plants with various and rich contents and structures have been used in different fields since ancient times. Plants are used in industry as raw materials or auxiliary materials in areas such as cosmetics, medicine, medicine, paper, fabric, polymer. From this point of view, biodegradable polymer film synthesis from hemp seed oil and linseed oil, which has not been used in polymer production until now, was chosen as the subject of the study. For the production of polymers, in the first stage, flax and hemp seed oils were epoxidized with formic acid and hydrogen peroxide, then different amounts of polyethylene glycol were added and hydroxylation of the oils was provided under the catalysis of Fe(NO3)3.9H2O. In the last step, biodegradable polyurethane films were obtained as a result of the reaction of TDI and copolymers and dried in a vacuum oven.
The obtained polymer films were characterized using methods such as Fourier Transform Infrared Spectrophotometer (FTIR), Thermogravimetric Analysis (TGA), Differential Scanning Calorimetry (DSC), X-Ray Diffraction Method (XRD) and contact angle measurement.
In addition to these, swelling amounts in water and biodegradation times in phosphate buffer saline solution were determined at certain time intervals.In conclusion; According to the biodegradation test applied to the polymer films, it was determined that the polymers degraded at least 11.42% and at most 65.47% in a week, and at the end of two weeks at least 29.34% and at most 89.34%. In addition, in the swelling analysis, it was determined that the excess cross-links in the polymer structure reduced the swelling rate. In the Fourier Transform Infrared Spectrophotometer (FTIR) analysis, peaks belonging to the epoxide group, C-O-C peaks of polyethylene glycol and peaks of urethane bonds were observed. In Thermogravimetric Analysis (TGA), it was determined that polymer films undergo three or four steps of degradation. It was observed that the polymer films synthesized in the Differential Scanning Calorimetry (DSC) analysis reached higher temperatures than the polyurethane films synthesized using other vegetable oils found as a result of the literature review. As a result of the analyzes and tests, it has been determined that soft, flexible, biodegradable, hemp seed oil and linseed oil-based polyurethane films can be synthesized and used as an alternative in the industry.