Farklı yoğunluk ve türdeki esnek poliüretan köpükler için glikolize atık polietilen tereftalat parçacıklarından PET poliester poliol sentezi
PET polyester polyol synthesis from glycolized waste polyethylene terephthalate particles for flexible polyurethane foams of different density and types
Yazar: ZEYNEP KÖROĞLU
Danışman: PROF. DR. SEYFULLAH MADAKBAŞ
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı / Polimer Bilim ve Teknolojisi Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Poliüretan köpük = Polyurethane foam

Özet:
Esnek poliüretan köpükler ulaşım sektöründe başlıca hava, deniz ve karayolu taşımacılığı koltuklarında kullanılmakla birlikte mobilya ve yatak gibi ev eşyalarında da geniş bir kullanım alanına sahiptir. Esnek poliüretan köpükler kullanım alanlarına bağlı olarak çok çeşitli yoğunluk ve sertlik değerlerinde üretilmekle birlikte istenilen özelliklere göre organik/inorganik madde katkılı, açık/kapalı gözenekli üretilebilmektedir. Poliol ve izosiyanat kimyasalları esnek poliüretan köpük sektörünün başlıca iki ana hammaddesidir. Yaygın olarak polieter ve poliester polioller kullanılmaktadır. Esnek poliüretan köpüklerin büyük bir kısmı petrol bazlı polieter polioller ile sentezlenmektedir. Bu tez çalışmasında petrol bazlı polieter poliollere alternatif olarak geri dönüşüm yöntemi ile poliester poliol sentez çalışması yapılmıştır. Bu amaçla atık polietilen tereftalat (PET) şişeler toplanmış, kesilmiş, glikoliz ve esterifikasyon reaksiyonları ile PET bazlı poliester poliol sentezlenmiştir. PET, dietilen glikol (DEG), adipik asit (AA) ve gliserol (G) mol oranları sabit tutularak PET poliester poliol sentezleri gerçekleştirilmiştir. Sentez sonrasında PET poliester poliole vakum uygulanmış ve hidroksil sayısı düşürülerek esnek poliüretan köpükte kullanıma uygun hale getirilmiştir. Vakum öncesi ve sonrasında PET poliester poliolün asit sayısı, hidroksil sayısı, su içeriği, viskozite ve molekül ağırlığı gibi karakteristik değerleri analiz edilmiştir. Analiz sonucunda vakum öncesi ortalama asit sayısı 1.21 mg KOH/g, vakum öncesi ortalama hidroksil sayısı 318.19 mg KOH/g, vakum öncesi ortalama su içeriği %0.12 ve vakum öncesi ortalama molekül ağırlığı 353.25 g/mol olarak hesaplanmıştır. Vakum sonrası ortalama asit sayısı 2.58 mg KOH/g, vakum sonrası ortalama hidroksil sayısı 164.14 mg KOH/g, vakum sonrası ortalama su içeriği %0.07, vakum sonrası ortalama molekül ağırlığı 719.32 g/mol ve vakum sonrası ortalama viskozite 5073 cP olarak hesaplanmıştır. PET poliester poliol bağ yapılarının belirlenmesi amacıyla FTIR ve NMR'de analiz edilmiştir. Çeşitli yoğunluklardaki esnek poliüretan köpükler, poliol kütlesine oranla kütlece %20 ve %30 PET poliester poliol ile sentezlenmiştir. Standart ve PET poliester poliol içeren esnek poliüretan köpüklerin gözenek yapıları SEM ve optik mikroskop ile görüntülenerek karşılaştırılmıştır. Standart ve PET poliester poliol içeren esnek poliüretan köpüklerin mekanik özelliklerinin belirlenmesi amacıyla yoğunluk, sertlik, kopma-uzama, kopma direnci, elastikiyet, hava geçirgenliği ve deformasyon testleri uygulanmıştır.

Abstract:
Flexible polyurethane foams are used in transportation sector especially air, sea and roadways seats but also it has a wide range of uses in household items such as furniture and beds. Flexible polyurethane foams are synthesized severeal density and strengths depending on range of uses and also their can be synthesized organic/ inorganic substance doped and open/close cell according to desired properties. Polyol and isocyanate chemicals are two main raw materials of the flexible polyurethane foam sector. Commonly polyether and polyester polyols are used. Most of the flexible polyurethane foams are synthesized with petroleum based polyether polyols. In this thesis study, polyester polyol synthesis study was conducted by recycling method as an alternative to petroleum based polyether polyols. For this purpose, waste polyethylene terephtalate (PET) bottles were collected, cut and PET based polyester polyol was synthesized by glycolysis and esterification reaction. PET, diethylene glycol (DEG), adipic acid (AA) and glycerol (G) molar ratios were kept constant and PET polyester polyol syntheses were performed. After synthesis, vacuum was applied to PET polyester polyol and hydroxyl number was reduced so that PET polyester polyol was maked suitable for uses in flexible polyurethane foam. Characteristic properties as acid number, hydroxyl number, water content, viscosity and molecular weight of PET polyester polyol were analized before and after vacuum. As a result of the analysis, average acid number before vacuum was calculated as 1.21 mg KOH/g, average hydroxyl number before vacuum was 318.19 mg KOH/g and average molecular weight before vacuum was 353.25 g/mol. Average acid number after vacuum was calculated as 2.58 mg KOH/g, average hydroxyl number after vacuum was 164.14 mg KOH/g, average molecular weight after vacuum was 353.25 g/mol and average viscosity after vacuum was 5073 cP. PET polyester polyol was analyzed by FTIR and NMR to determine its bond structures. Flexible polyurethane foams of different densities were synthesized with %20 and %30 weight percent of PET polyester polyol. The cell structures of flexible polyurethane foams that contains and non-contains PET polyester polyol  were compared by imaging with SEM and FTIR. Density, hardness, elongation, tensile strength, resiliency, air permeability and compression set tests were applied to determine mechanical properties of flexible polyurethane foams that contains and non-contains PET polyester polyol.