Bitkisel esaslı ve petrokimyasal poliol karışımlarından poliüretan filmlerin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of polyurethane films using bio-based and petrochemical-derived polyol blend
Yazar: SEDA TURPÇU
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ SENNUR DENİZ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Biyopolimerler = Biopolymers ; Rijit poliüretan = Rigid polyurethane ; Yağlar-bitkisel =

Özet:
Son yıllarda petrokimyasal kökenli ürünlerin toksik etkisi ve petrol kaynaklarının sınırlı olması nedeniyle yenilenebilir kaynaklardan elde edilen doğal poliollerin kullanılması oldukça önem arz etmektedir. Yenilenebilir ürünlerin ucuz, biyobozunur, biyouyumlu, ekouyumlu ve sürdürülebilir olması bu kaynaklara olan ilgiyi gün geçtikçe artırmaktadır. Selüloz, protein, bitkisel yağ, lignin, nişasta, şeker ve benzeri malzemeler alternatif yenilenebilir kaynaklara örnek olarak verilebilir. Bunların arasında; içerdikleri trigliseritler ve onların hidrofobik doğası nedeniyle yüksek fiziksel, kimyasal ve termal özelliklere sahip, ekonomik, sürdürülebilir, çevre dostu ve kolay temin edilebilir olan bitkisel yağlar, poliol ve dolayısı ile polimer eldesi için önemli ve en avantajlı kaynaklardır. 
Poliüretanlar, iyi mekanik ve yüzey özellikleri, bakteriyel enzimlere karşı hidrolitik direnç, biyouyumlu olmaları nedeniyle, geleneksel olarak köpük, elastomer, film, kaplama, yapıştırıcı, vernik ve biyomalzeme olarak kullanılırlar.
Bu tez çalışmasında, bitkisel yağ esaslı polioller ve petrokimyasal poliollerle karışımları kullanılarak esnek ve mekanik dayanımı yüksek poliüretan (PU) filmlerin sentezi ve karakterizasyonu açıklanmaktadır. Çalışmanın ilk aşamasında, epokside soya yağından (ESO) halka açılma reaksiyonu ile biyo-esaslı polioller (ESOPOL) sentezlenmiştir. Biyo-esaslı poliol sentezinde, optimum reaksiyon koşulları belirlenmiştir. PU filmlerin hazırlanmasında, sentezlenen biyo-esaslı polioller ile petrokimyasal esaslı polioller olarak polipropilen glikol (PPG), polikarbonat poliol (PC), politetrametilen glikol (PTMG) karışımları farklı oranlarda kullanılmıştır. Poliüretan reaksiyonlarında izosiyanat olarak hekzametilen diizosiyanat (H12MDI), difenilmetan diizosiyanat (MDI) ve izoforon diizosiyanat (IPDI) farklı NCO/OH oranlarında kullanılmıştır. Çalışmanın son aşamasında, bakır esaslı metal organik kafes yapılı CuMOF ve çinko esaslı metal organik kafes yapılı ZIF-8 nanokristalleri sentezlenen poliüretanlara eklenmiştir. Bu şekilde, CuMOF ve ZIF-8 içeren PU/MOF ve PU/ZIF-8 nanokompozit filmleri de sentezlenmiştir. CuMOF ve ZIF-8' in sentezlenen poliüretan filmlere antibakteriyel özellik kazandırması beklenmektedir. Sentezlenen ESOPOL ve PU filmlerin karakterizasyonunda moleküler yapı tayini için FT-IR spektrofotometresi kullanılmıştır ve mekanik ve esneklik özellikleri mekanik testler ile belirlenmiştir.

Abstract:
In recent years, the use of natural polyols obtained from renewable sources is very important due to the toxic effect of petrochemical products and limited petroleum resources. Renewable products are inexpensive, biodegradable, biocompatible, ecocompatible and sustainable, increasing the interest in these resources. Examples of alternative renewable sources are cellulose, protein, vegetable oil, lignin, starch, sugar, and the like. Among them; vegetable oils having high physical, chemical and thermal properties due to their triglycerides and their hydrophobic nature, which are economical, sustainable, environmentally friendly and easily available, are the most important and most advantageous sources for polyol and thus polymer production.
Because of good mechanical and surface properties, hydrolytic resistance to bacterial enzymes, low cytotoxicity and good hemocompatibility, Polyurethanes (PUs) are traditionally used as foams, elastomers, ﬁlms, coatings, adhesives, varnishes and biomaterials.  

This study introduces the synthesis and characterization of vegetable oil-based polyols and using the mixtures of these polyols and petrochemical-derived polyols to obtain flexible polyurethane films. In the beginning of this study, epoxidized soybean oil (ESO) and different substituents were reacted to synthesize the bio-based polyols via ring opening reactions. The optimum reaction conditions were determined during the bio-based polyol synthesis. Poly (propylene glycol) (PPG), polycarbonate polyol (PC), poly (tetramethylene glycol) (PTMG) and the mixtures of these petrochemical-derived polyols with ESO-based polyols were used as polyols for the synthesis of bio-based PU films. Hexamethylene diisocyanate (H12MDI), diphenylmethane diisocyanate (MDI) and isophorone diisocyanate (IPDI) were utilized as the diisocyanate sources. In the final stage of the study, copper-based metal organic framework CuMOF and zinc-based metal organic framework type ZIF-8 polyurethanes were added. PU/CuMOF and PU/ZIF-8 nanocomposite films synthesized. CuMOF and ZIF-8 are expected to give antibacterial properties to synthesized polyurethane films. Mechanical properties of the PU films will be performed in order to evaluate the efficiency of synthesis. Synthesized ESO-based polyols and PU films were characterized by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and mechanical tests.