Kaju fıstığı kabuğundan elde edilen kardanolden biyo esaslı Mannich poliol sentezi ile poliüretan köpüklerin üretimi ve özellikleri
Production and properties of polyurethane foams by bio-based Mannich polyol synthesis from cardanol obtained from cashew nutshell
Yazar: ECE DUYGU METİN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ SENNUR DENİZ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Poliüretanın üretiminde kullanılan poliol ve izosiyanat ana komponentlerinin petrol türevli olmaları petrol esaslı polimer üretiminde artışa neden olmaktadır. Petrol esaslı polimerlerin üretiminin azaltılması amacıyla poliüretanların üretiminde biyolojik kaynaklardan elde edilen biyopoliollerin kullanılmasına yönelik çalışmalar yapılmaktadır. Bu tez çalışmasında, alev geciktirici özelliğe sahip biyopoliol sentezlenerek sert poliüretan köpükler hazırlanmıştır. Çalışmanın ilk bölümünde, kaju fıstığı kabuğu sıvısından elde edilen kardanol içeren Mannich poliolü kullanılarak iki basamaklı yöntemle biyopoliol-M sentezlenmiştir. Sentezlenen biyopoliol-M'nin, 9,10-dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanthrene-10-oxide (DOPO) ile maleik anhidrit (MAH) kullanılarak üretilen DOPO-MAH molekülü ile reaksiyonu sonucunda alev geciktirici özellikli biyopoliol-FR geliştirilmiştir. Son bölümde, biyopoliol-FR poliüretan sert köpük formülasyonlarına %25; 50; 75 ve 100 oranlarında eklenerek hazırlanan poliüretan sert köpüklerin özellikleri, petrol esaslı poliüretan formülasyonu ile hazırlanan referans sert köpüklerle karşılaştırılmıştır. Ayrıca, sentezlenen biyopoliol-M kullanılarak oluşturulan poliüretan köpük formülasyonlarına, CuMOF, nanosilika ve kil nanopartikülleri eklenerek poliüretan köpükler hazırlanmıştır ve mekanik dayanımları ile yanma geciktirici özellikleri incelenmiştir. Sentezlenen biyopoliollerin moleküler yapı tayini FT-IR analizleri yapılarak doğrulanmıştır. Alev geciktirici özellikli biyopoliol-FR ile hazırlanan sert köpüklerin; reaksiyon süreleri, boyutsal stabilitesi ve mekanik dayanımı incelenmiştir. Limit oksijen indeksi (LOI) belirlenerek alev testleri TS EN ISO 11925-2 ve UL-94 standartlarına uygun olarak gerçekleştirilmiştir. Termogravimetrik analiz (TGA) ile köpüklerin ısıl davranışı karakterize edilmiştir. Alev geciktirici özellikli biyopoliol-FR farklı oranlarda kullanılarak sentezlenen poliüretan sert köpüklerde biyopoliolün miktarı arttıkça yanmazlığın iyileştiği gözlenmiştir ve biyopoliol yapısındaki tersiyer amin ile reaksiyonda katalitik etki sağlanmıştır. Sonuç olarak, kardanol içeren Mannich poliolü ve DOPO-MAH ile sentezlenen biyopoliol-FR ile hazırlanan poliüretan sert köpüklerde alev geciktirici özellik elde edildiği saptanmıştır.

Abstract:
The fact that the main components of polyol and isocyanate used in the production of polyurethane are petroleum derived causes an increase in the production of petroleum-based polymers. In order to reduce the production of petroleum-based polymers; studies are being carried out to use biopolyols obtained from biological sources in the production of polyurethanes. In this study, polyurethane foams were prepared by synthesizing biopolyol with flame retardant properties. Firstly, biopolyol-M was synthesized by a two-step method using Mannich polyol, which contains cardanol obtained from cashew nutshell liquid. Flame retardant biopolyol-FR was developed hence of the reaction of the synthesized biopolyol-M with the DOPO-MAH molecule produced by 9,10-dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanthrene-10-oxide (DOPO) and maleic anhydride (MAH). Finally, the properties of polyurethane rigid foams prepared by adding 25, 50, 75 and 100% to biopolyol-FR polyurethane rigid foam formulations were compared with reference foams prepared with petroleum-based formulation. Additionally, polyurethane foams were prepared by adding CuMOF, nanosilica and clay nanoparticles to the polyurethane foam formulations created using synthesized biopolyol-M, and their mechanical-strength and fire-retardant properties were examined. The molecular structure of the synthesized biopolyols was confirmed by FTIR analysis. Rigid foams prepared with flame retardant biopolyol-FR; reaction times and mechanical properties were examined. Flame tests were carried out in accordance with TS EN ISO 11925-2 and UL-94 standards and determining the limit oxygen index (LOI). The thermal behavior of the foams was characterized by thermogravimetric analysis (TGA). In polyurethane rigid foams synthesized by using flame retardant biopolyol-FR in different ratios, it has been observed that as the amount of biopolyol increases, fireproofing improves, and a catalytic effect is achieved in the reaction with the tertiary amine in the biopolyol structure. Consequently, it was determined that flame retardant properties were obtained in polyurethane rigid foams prepared with Mannich polyol containing cardanol and biopolyol-FR synthesized with DOPO-MAH.