Termoplastik poliüretan sentezi ve kompozit hazırlama uygulamaları
The synthesis of thermoplastic polyurethane and applications of composite preparation
Yazar: ZERRİN ALTINTAŞ
Danışman: PROF. DR. NİLHAN KAYAMAN APOHAN ; DOÇ. DR. MEMET VEZİR KAHRAMAN
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Organik Kimya Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Poliesterler = Polyesters ; Termoplastik = Thermoplastic

Özet:
Polimerik malzemelerin kullanımı her geçen gün artmaktadır. Sürekli iyileşen özellikleriyle metalik ve seramik malzemelerin yerini almaya başlamıştır. Polimerik malzemelerin özelliklerindeki çeşitlilik kullanım alanlarını arttırmaktadır. Polimerik malzemeler üzerine bilim dünyasında ve endüstride çok yoğun araştırmalar devam etmektedir. Polimerik malzemelerin özellikleri iki ana yöntem ile değiştirilebilir. Birincisi monomerleri değiştirerek polimerin özelliklerini değiştirmek diğeri ise polimerik malzemelere çeşitli katkı maddeleri, güçlendirici fazlar eklenerek kompozit malzeme hazırlama yöntemidir. Kompozitler, en az farklı iki fazın makro seviyede biraraya getirilmesi ile üretilen ve bileşenlerin üstün özelliklerini içeren malzemelerdir. Kompozitlerin en önemli avantajı hafif olmalarının yanı sıra mekanik dayanımlarının yüksek olmasıdır.Poliüretanlar (PU), diizosiyanatların polioller ile reaksiyonu sonucunda oluşan polimerlerdir. PU'nın özellikleri, diizosiyanat ve poliol gruplarının tipine göre geniş bir aralıkta degişmektedir. PU sahip oldugu yapışma özelliği ile matris ve takviye elemanı arasındaki etkileşimin iyi olmasını sağlamaktadır. PU'nın bu özelliği sayesinde kompozitlerde bileşenler arası etkileşimi arttıracak silika, fenol ve formaldehit gibi ek bir kimyasal madde kullanılmasına gerek kalmamaktadır. Poliüretan esaslı malzemeler hafiflik, dayanıklılık, ısı ve elektrik yalıtım özelliği, tasarım ve üretim kolaylığı, çarpışmalarda sönümleme etkisi, korozyona dayanıklılığı gibi birçok sebepten dolayı otomotiv sektöründen tıbba kadar oldukça geniş bir alanda kullanım olanağı bulmaktadırlar. Bununla birlikte bu malzemeler kolayca tutuşabilen ve yanabilen malzemelerdir. Bu yüzden poliüretan malzemelerin değişik tekniklerle yanmaya karşı dirençleri arttırılmaktadır. Bu teknikler arasında en yaygın olanı ise poliüretan malzemelere alev geciktirici maddelerin ilave edilmesidir.Bu tez çalışması, termoplastik poliüretan (TPU) ve termoplastik poliüretan kompozit malzeme sentezini hazırlama yöntemlerini içerir. Aynı zamanda elde edilen TPU kompozit malzemelerle poliüretanın yanma dayanımı gibi zayıf özelliklerinin iyileştirilmesi konusunda yapılan çalışmaları da kapsar. Çalışmanın ilk basamağında ?tiyol-en click? reaksiyon yöntemi ile kükürt içerikli zincir uzatıcı sentezlendi. Termoplastik poliüretan üretimi için zincir uzatıcı olarak, tiyol-en reaksiyon yöntemi ile sentezlenerek elde edilen kükürt içerikli zincir uzatıcı kullanıldı. TPU'nın özellikleri ticari zincir uzatıcı olan 1,4 Bütandiol ile sentezlenen TPU ile karşılaştırıldı. Çalışmanın ikinci basamağında sayıca ortalama molekül ağırlıgı 2000 g/mol olan hazır poliester polioller ile tek basamaklı yöntemle (one-shot) termoplastik poliüretan sentezleri yapıldı ve poliüretanın yanma dayanımını artırmak için alev geciktirici katkı malzemeleriyle ( nano SiO2, nano Al2O3, hidrofob nano silika partikülleri ve huntit/hidromagnezit minerali) kompozit çalışmalarına geçildi. Çalışmanın son basamağında ise sanayide geniş kullanım alanı bulabilecek poliester poliol sentezi yapıldı. Poliester poliol oligomeri termoplastik poliüretan sentezinde kullanıldı ve aynı zamanda hekzagonal bor nitrür (h-BN) içeren poliüretan kompozitler hazırlandı. h-BN partiküllerinin yüzeyi modifiye edildi ve yapıya ?NH2 fonksiyonu kazandırıldı. Böylece termoplastik poliüretan sentezi sırasında ortamda bulunan fonksiyonel gruplar amin modifiye h-BN ile reaksiyona sokularak poliüretan kompozitler elde edildi.Hazırlanan malzemelerin termal özellikleri, termal iletkenlik testi, termal gravimetrik analiz (TGA) ve sınırlayıcı oksijen indeksi (LOI) yöntemleri ile incelendi. Malzemelerin morfolojileri, mekanik özellikleri, yüzey ıslanabilirliği; SEM, AFM, tensilon ve temas açısı cihazları ile yapılan analizler ile belirlendi.

Abstract:
The use of polymeric materials is increasing day by day. With continuously progressive features, polymeric materials began to replace metal and ceramic materials. Diversity in the polymeric materials properties increase their usage areas. Very intensive researches about polymeric materials are continuing in the world of science and industry. Properties of polymeric materials can be changed by two main methods. First one is changing the properties of the polymer by changing monomers. Other method is preparation of composite metarials by adding various additives and reinforced phases to polymeric materials. Composites are metarials that are produced by bringing together at least two different phases at the macro level and also composites include superior properties of the components. The most important advantage of composites is their slightness and as well as their high mechanical strength.Polyurethanes (PU) are polymers which consist of as a result of the reaction of diisocyanates with polyols. Properties of PU are changing in a wide range according to the type of diisocyanate and polyol groups. PU allows to be better interaction between the matrix and the reinforcing element with its adhesion properties. With this feature of PU it does not require the use of additional chemicals such as silica, phenol and formaldehyde which increase interaction among components in composites. Polyurethane-based materials can find quite wide usage area from the automotive sector until medicine for many reasons such as lightness, durability, thermal and electrical insulation properties, ease of design and production, damping effect in collisions, resistance to corrosion. Nevertheless, these materials are readily combustible and combustible materials. So, with different techniques polyurethane materials resistance to fire is increased. The most common practice between these techniques is adding flame retardant to polyurethane materials.This thesis study includes thermoplastic polyurethane and preparation methods for the synthesis of thermoplastic polyurethane composite material. At the same time this study includes also works that are made with TPU composite materials which is obtained before about changing weak properties of polyurethane such as fire-resistance.In the fırst step of the study sulfur-containing chain extender was synthesized by the method of ?thiol-en click? reaction. As a chain extender for the production of thermoplastic polyurethane, sulfur-containing chain extender which is obtained by synthesis of ?thiol-en click? reaction method was used. The same production was synthesized with the commercial 1.4 butanediol chain extender and comparison studies were carried out. In the second step of the study termoplastic polyurethane synthesis with one-shot method with available polyester polyols which have 2000 g / mol average molecular weight was done and to increase the fire resistance of polyurethane composite work was started with flame retardant additives materials (nano SiO2, nano-Al2O3, hydrophobic nano-silica particles and huntite / hydromagnesite mineral). In the final step of the study polyester polyol that can find a wide range of uses in industry was synthesized. Polyester polyol oligomer was used in TPU synthesis and at the same time polyurethane composites which includes h-BN were prepared. The surface of the h-BN particles was modified and ?NH2 function was gained to structure. Thus, during the synthesis of thermoplastic polyurethanes the functional groups that are in the environment could react with amine modified hexagonal boron nitride and as a result of this thermoplastic polyurethane composites were produced.Thermal properties of the prepared materials and thermal conductivity test were examined by thermal gravimetric analysis (TGA) and limiting oxygen index (LOI) methods. Morphologies, mechanical properties and hydrophobic properties of materials; SEM, AFM, were determined by tensilon and contact angle apparatus.