Biyo-esaslı biyobozunur poliol kullanılarak esnek poliüretan köpük sentezi
Synthesis of flexible polyurethane foam using a new type of bio-based polyol
Yazar: ECEM BALCI
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MERVE MOCAN
Gebze Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Geleneksel esnek poliüretan köpükte kullanılan hammaddeler petrokimya kökenli olup biyobozunur değildir. Bu ürünlerin çevre kirliliğine sebep olması yenilenebilir kaynaklardan elde edilen doğal poliollerin kullanımını oldukça önemli hale getirmiştir. Poliüretanın biyolojik bozunması, çevre dostu malzemelerin tasarımına ve yeşil geri dönüşüm süreçlerinin geliştirilmesine katkıda bulunduğundan, revaçta bir araştırma alanıdır. Yenilenebilir ürünlerin, biyobozunur, biyouyumlu ve sürdürülebilir olması bu kaynaklara olan ilgiyi gün geçtikçe artırmaktadır. Bu çalışmanın amacı, biyo-esaslı ve poliolden üretilen esnek poliüretan köpüklerin mekanik, morfolojik, biyolojik bozunma özelliklerinin gözlemlemektir. Bu çalışmada, köpüğün biyolojik olarak parçalanabilirlik oranı esnek poliüretan köpük içerisinde belli oranlarda selülozun modifikasyonu ile üretilen biyo-esaslı ve poliol kullanılarak artırılmıştır.
Bu çalışmada mikrokristalin selülozun propilen karbonat ile hidroksialkilasyon reaksiyonu sonucu biyo-esaslı bir poliol sentezlenmiş olup yapısal analizi Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektrofotometresi (FT-IR) , Nükleer Manyetik Rezonans (NMR) ile gerçekleştirilmiş; hidroksil sayısı, su içeriği ve viskozite gibi karakterizasyon testleri yapılmıştır. Analizler sonucunda hidroksil sayısı 273 mg KOH/g, su içeriği %0,11 ve viskozitesi 2500 Cp (25 °C) olan biyo-esaslı poliol edilmiştir. Analiz sonuçları göz önünde bulundurularak başarı ile elde edilen biyo-esaslı poliolden %10, %20, %30, %40 ve %50 oranlarında kullanılarak esnek poliüretan köpük sentezi gerçekleştirilmiştir. Elde edilen esnek PUR köpüklere yapısal analiz (FT-IR), mekanik testler (yoğunluk, sertlik, kopma direnci, kopma uzaması, elastikiyet, deformasyon, basma dayanımı), morfolojik testler (Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) analizi) gerçekleştirilmiş olup ayrıca numuneler toprağa gömme yöntemiyle 12 hafta süreyle biyobozunurluk testine tabi tutulmuştur. Analizler sonucunda %40'a kadar biyo-esaslı poliol eklenen PU köpüğün ticari petrol-esaslı PU köpük ile benzer son ürün özellikleri göstermesiyle beraber elde edilen ürünler %35 biyobozunurluk göstererek daha çevreci esnek PU köpük üretimi sağlanmıştır.

Abstract:
The raw materials used in traditional flexible polyurethane foam are of petrochemical origin are not not biodegradable. The fact that most petrochemical products cannot be degraded in nature for a long time and cause environmental pollution has made the use of natural polyols obtained from renewable resources very important. The fact that renewable products are economical, biodegradable and sustainable increases the interest in these resources day by day. Biodegradation of polyurethane is a trending research area as it contributes to the design of environmentally friendly materials and the development of green recycling processes. The aim of this study is to observe the mechanical, morphological and biodegradation properties of flexible polyurethane foams produced from bio-based polyol. In this study, the biodegradability rate of the foam was increased by using bio-based polyol produced by modification of certain amounts of cellulose in flexible polyurethane foam.
In this study, the hydroxyalkylation reaction of microcrystalline cellulose with propylene carbonate was carried out and bio-based polyol was synthesized, and its structural analysis was carried out by Fourier Transform Infrared Spectrophotometry (FT-IR) and Nuclear Magnetic Resonance (NMR); Characterization tests such as hydroxyl number, water content and viscosity were carried out. As a result of the analysis, the hydroxyl number was found to be 273 mg KOH/g, the water content was 0.11% and the viscosity was 2500 Cp (25 °C). Considering the analysis results, flexible polyurethane foam synthesis was carried out by using 10%, 20%, 30%, 40% and 50% of the successfully obtained bio-based polyol. In the final stage, mechanical tests (density, hardness, tensile strength, elongation at break, resilience, compression set, compressive strength), morphological tests (Scanning Electron Microscope (SEM) analysis) were carried out on the obtained flexible PUR foams, and the samples were buried in the soil for 12 weeks. As a result of the tests carried out, it was observed that the PU foam to which up to 40% bio-based polyol was added similar properties to commercial petroleum-based PU foam, and the products obtained 35% biodegradability, resulting in more environmentally friendly flexible PU foam production.