Ayakkabı taban sistemlerinde adipik ve adipik/süksinik asit poliester poliol esaslı poliüretanın işlenebilirlik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of the processability properties of adipic and adipic/sucinic acid poliester polyol-based polyurethane in shoe sole systems
Yazar: HANDE BELKIRAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ İLKNUR KÜÇÜK
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Son yıllarda petrol ve petrolden elde edilen ham maddelerin tedariği ve
sürdürülebilirliği konusunda ciddi problemler yaşanması yenilenebilir biyo esaslı
doğal malzemelere yönelimi arttırmıştır. Kökeni petrol olan ve çoğunlukla çevreye
zararlı olan kimyasallar karbon ayak izini dolaylı yoldan etkilerken biyo esaslı
malzemeler fosil yakıtların daha az kullanılmasını ve bu sayede karbon ayak izinin
ve sera gazı salımının azaltılmasını sağlarlar. Reçine ve fosilleşmiş bitkilerden
fermantasyon yöntemiyle elde edilen süksinik asit, sahip olduğu fonksiyonel gruplar
sebebiyle poliüretan sektöründe son yıllarda kullanımı artan önemli bir biyo esaslı
malzemedir. Bu çalışmada poliol sentezinde ana hammadde olarak kullanılan petrol
kaynaklı adipik asite alternatif olarak biyo esaslı süksinik asitin tek başına ve adipik
asit ile birlikte kullanılabilirliği araştırılmış, sadece adipik asit, sadece süksinik asit
ve yapı içerisine %5, %10 ve %20 oranında süksinik asit katılarak yarı mamül
poliester polioller sentezlenmiştir. Poliol sentezi için reaksiyon ortamında glikol
kaynağı olarak monoetilen glikol, dietilen glikol, bütandiol ve trimetil propan ve
katalizör olarak tetra isopropil titanat kullanılmıştır. Elde edilen yarı mamül
poliolün fiziksel özellikleri hidroksil sayısı, viskozite, yüzde su miktarı ve renk tayini
ölçüm yöntemleri ile yapısal özellikleri ise Fourier Dönüşümlü Kızılötesi (FTIR)
Spektroskopisi ve Diferansiyel Taramalı Kalorimetre (DSC) ile karakterize
edilmiştir.
Adipik asit ve adipik asit-süksinik asit ile sentezlenen polioller prepolimerlerle
reaksiyona sokularak poliüretan köpük haline getirilmiştir. Sentezlenen polioller ile
hazırlanan poliüretan köpüklerin renk ve gözenek yapılarının birbirine benzer
olduğu kabarma sürelerinin 7-11 saniye aralığında ve ele yapışma sürelerinin 33-
37 saniye aralığında, serbest yoğunluklarının ise 223-225 kg/m³ aralığında olduğu
belirlenmiştir.
Hazırlanan polioller kalıp makinesinde poliüretan ayakkabı tabanı haline
getirilerek kalıp kırılması, kalıp yoğunlukları, shore değerleri ve adım sayıları
hesaplanmıştır. Ayakkabı tabanlarının kalıp kırılmaları incelendiğinde sadece
adibik asit, adibik asit ile birlikte yapı içerisinde %5 ve %10 oranında süksinik asit
kullanılarak hazırlanan denemelerde kırılma görülmezken, süksinik asit miktarı
yapı içerisinde %20 oranına çıktığında kalıpta kırılma meydana gelmiştir. Kalıp
yoğunlukları 424-426 g/cm³ aralığında hesaplanmıştır. En yüksek sertlik değerine ve
buna bağlı olarak en düşük adım sayısına süksinik asit miktarı %20 olan poliol ile
hazırlanan ayakkabı tabanının sahip olduğu görülmüştür.
Yapılan bu çalışma süksinik asitin poliester poliol sentez reaksiyonunda tek başına
kullanımının işlenebilirlik açısından uygun olmadığını ancak %5 ve %10
oranlarında adipik asit ile birlikte kullanıldığında işlenebilir olduğunu göstermiştir.
Süksinik asidin yapı içerisindeki oranı %20 olduğunda ayakkabı taban sistemi
uygulamalarında işlenebilir özelliklere sahip olmakla birlikte mekanik dayanım
özelliklerini karşılamamıştır.
Anahtar Kelime : Poliüretan, poliol, biyobozunur, adipik asit, süksinik

Abstract:
In recent years, serious issues regarding the supply and sustainability of oil and
petroleum-derived raw materials have increased the focus on renewable bio-based
natural materials. Bio-based materials, which have origins in petroleum and are
often environmentally harmful, indirectly impact carbon footprint. On the other
hand, bio-based materials contribute to the reduction of carbon footprint and
greenhouse gas emissions by promoting the decreased use of fossil fuels. Succinic
acid, obtained from resin and fossilized plants by fermentation method, is an
important bio-based material that has been used in the polyurethane sector in
recent years due to its functional groups. Present study the potential of using
 biobased succinic acid as an alternative to petroleum-derived adipic acid as the main
raw material in polyol synthesis was investigated. Also, semi-finished polyester
polyols were synthesized by using adipic acid alone, succinic acid alone, and a
combination of both, with succinic acid incorporated at varying ratios of 5%, 10%,
and 20% into the polymer structure. Monoethylene glycol, diethylene glycol,
butanediol and trimethyl propane were used as glycol source and tetra isopropyl
titanate was used as catalyst in the reaction medium for polyol synthesis. The
physical properties of the semi-finished polyol obtained were characterized by
hydroxyl number, viscosity, percent water content and color determination
measurement methods, and its structural properties were characterized by Fourier
Transform Infrared (FTIR) Spectroscopy and Differential Scanning Calorimetry
(DSC).
Polyester polyols synthesized using adipic acid and adipic acid-succinic acid were
reacted with prepolymers to produce polyurethane foam. The resulting
polyurethane foams, prepared from the synthesized polyols, exhibited similar color
and pore structures. The foaming time ranged between 7-11 seconds, while the tackfree 
time ranged from 33-37 seconds. The free densities of the foams were
determined to be in the range of 223-225 kg/m³.The prepared polyols were molded
in a molding machine to form polyurethane shoe soles. The mold breaking strength,
mold densities, shore values, and step counts were calculated.
When examining the mold breaking of the shoe soles, it was observed that no
breakage occurred in the samples prepared using only adipic acid, adipic acid with
5% and 10% succinic acid incorporated into the structure. However, when the
succinic acid content reached 20% in the structure, mold breakage occurred. The
mold densities were calculated in the range of 424-426 g/cm³. It was observed that
the shoe sole prepared with the polyol containing 20% succinic acid exhibited the
highest.
This study show that the sole utilization of succinic acid in the synthesis of polyester
polyols is not feasible in terms of processability. However, when combined with
adipic acid at 5% and 10% ratios, it exhibited satisfactory processability. Although
the polyols containing 20% succinic acid within the structure demonstrated
workable properties for shoe sole applications, they fell short of meeting the
required mechanical strength characteristics.
Keywords: Polyurethane, polyol, biodegradable, adipic acid, succinic acid