Effect of different polyols on water-based polyurethane dispersions and their textile applications
Farklı poliollerin su bazlı poliüretan dispersiyonları ve tekstil uygulamaları üzerindeki etkisi
- Tez No: 1016009
- Danışmanlar: DOÇ. DR. NESRİN KÖKEN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Polimer Bilim ve Teknolojisi, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Polimer Bilim ve Teknolojisi Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Su bazlı poliüretan sistemleri, düşük uçucu organik bileşik (VOC) içeriği, çevre dostu yapıları ve ayarlanabilir performans özellikleri sayesinde birçok endüstriyel alanda yaygın olarak kullanılmaktadır. Özellikle son yıllarda çevresel regülasyonların giderek daha sıkı hale gelmesi, solvent bazlı sistemlerin yerini su bazlı alternatiflere bırakmasını hızlandırmıştır. Tekstil endüstrisinde VOC konusu son derece katı kurallara tabidir ve bu durum, kullanılan kimyasalların seçiminde belirleyici bir rol oynamaktadır. Tekstil sektöründe alınması gereken regülasyon belgeleri, ürünlerin çevreye olan etkisi, insan sağlığına uygunluğu ve solvent içerip içermemesi gibi kritik parametreleri kapsamaktadır. Bu nedenle, sürdürülebilir ve çevre dostu üretim anlayışı doğrultusunda su bazlı poliüretan sistemlere olan ilgi her geçen gün artmaktadır. Bu alanlar içerisinde tekstil endüstrisi, farklı yüzey modifikasyonları, geniş proses çeşitliliği ve yüksek performans beklentileri nedeniyle öne çıkmaktadır. Özellikle kaplama, emdirme ve laminasyon gibi uygulamalarda kullanılan poliüretan dispersiyonlarının performansı; esneklik, dayanım, su iticilik, nefes alabilirlik ve tutum gibi birçok özelliği doğrudan etkilemektedir. Tekstil uygulamalarında kullanılan poliüretan dispersiyonlarının mekanik, fiziksel ve fonksiyonel özellikleri büyük ölçüde sentezde kullanılan hammaddelerin kimyasal yapısına, fonksiyonelliklerine, reaksiyon mekanizmasına, açıkta kalan NCO gruplarına ve NCO/OH oranına bağlı olarak değişmektedir. Ayrıca zincir uzatıcılar, çapraz bağlayıcılar ve iyonik/noniyonik yapıdaki emülgatörlerin seçimi de dispersiyon stabilitesi ve film oluşumu üzerinde önemli rol oynamaktadır. Bunun yanı sıra partikül boyutu dağılımı, dispersiyon viskozitesi ve kuruma/film oluşum sıcaklığı gibi parametreler de uygulama performansını doğrudan etkilemektedir. Bu nedenle, uygun hammadde seçimi ve formülasyon tasarımı yalnızca nihai ürün performansını değil, aynı zamanda proses verimliliğini ve üretim maliyetlerini de belirleyen en önemli faktörler arasında yer almaktadır. Tüm bu değişkenlerin optimize edilmesi, hedeflenen uygulamaya uygun, yüksek performanslı ve sürdürülebilir poliüretan sistemlerin geliştirilmesi açısından kritik öneme sahiptir. Bu çalışmada, tekstil uygulamalarına yönelik olarak tasarlanan su bazlı anyonik poliüretan dispersiyonlarında farklı poliol türlerinin yapı–özellik–performans ilişkisi üzerindeki etkisi sistematik olarak incelenmiştir. Sentezlerde izosiyanat bileşeni olarak izosforon diizosiyanat (IPDI) sabit tutulmuş; buna karşılık polieter, polyester, amin termine polyeter, polikaprolactam ve polikarbonat esaslı polioller kullanılarak beş farklı poliüretan dispersiyonu sentezlenmiştir. Bu yaklaşım sayesinde, poliol kimyasının poliüretan zincir yapısı ve faz morfolojisi üzerindeki etkilerinin karşılaştırmalı olarak değerlendirilmesi hedeflenmiştir. Polyeter bazlı polioller, sağladıkları yüksek esneklik, düşük camsı geçiş sıcaklığı ve iyi hidrolitik stabilite ile tekstil uygulamalarında yumuşak tutum ve elastikiyet kazandırırken; polyester bazlı polioller, zincir yapılarının katkısıyla daha yüksek mekanik dayanım, aşınma direnci ve mukavemet özellikleri sunmaktadır. Amin termine polieter yapılı polioller, sert segment oranını artırarak bağlanma kuvvetini, kimyasal dayanımı ve çapraz bağ yoğunluğunu iyileştirirken; polykaprolactam esaslı polioller, dengeli mekanik özellikler, homojen film oluşumu ve yüzey düzgünlüğü sağlamaktadır. Polikarbonat bazlı polioller ise yüksek oksidatif ve hidrolitik stabiliteleri sayesinde uzun süreli kullanım performansı ve yaşlanma direnci açısından önemli avantajlar sunmaktadır. Bu doğrultuda gerçekleştirilen poliüretan dispersiyon (PUD) sentezleri, söz konusu yapı–özellik ilişkileri dikkate alınarak değerlendirilmiş; elde edilen sonuçların geçerliliği, gerçekleştirilen kapsamlı fiziksel ve kimyasal analizler ile birlikte detaylı olarak incelenmiş ve desteklenmiştir. Sentezlenen poliüretan dispersiyonlarının karakterizasyonu; viskozite, iyoniklik değeri, aktif madde oranı, diferansiyel taramalı kalorimetri (DSC), termogravimetrik analiz (TGA), FTIR, parçacık boyutu dağılımı ve zeta potansiyeli ölçümleri ile gerçekleştirilmiştir. Elde edilen dispersiyonlar tekstil yüzeylerine fular ve kaplama yöntemleri ile uygulanmış ve uygulama performansları yöntem bazlı olarak değerlendirilmiştir. Fular metodu kapsamında, pamuk, polyester ve denim esaslı örgü ve dokuma kumaşlarda kopma, yırtılma ve patlama mukavemeti, sürtme haslığı, buruşmazlık, su geçirgenliği, termal ve fenolik sararma davranışı ve dikiş kolaylığı testleri gerçekleştirilmiştir. Kaplama metodu için ise pamuk ve polyester dokuma kumaşlarda su sütunu, mekanik mukavemet, termal sararma performansı, sprey ve su geçirgenliği testleri uygulanarak farklı kumaş türlerinde kaplama performansı karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Çalışma sonucunda, farklı poliol türlerinin poliüretan dispersiyonlarının fiziksel, kimyasal özellikleri, tekstil uygulama performansları üzerinde belirgin ve ayırt edici etkiler oluşturduğu ortaya konmuştur. Elde edilen bulgular, tekstil endüstrisinde farklı kullanım alanlarına ve performans beklentilerine uygun su bazlı poliüretan dispersiyonlarının rasyonel tasarımına yönelik önemli bir rehber niteliği taşımaktadır.
Özet (Çeviri)
Water-based polyurethane systems are widely used in many industrial fields due to their low volatile organic compound (VOC) content, environmentally friendly nature, and tunable performance properties. Among these fields, the textile industry stands out because of its diverse surface requirements, processing methods, and high-performance expectations. The mechanical, physical, and functional properties of polyurethane dispersions used in textile applications largely depend on the chemical structure, functionality, and ratios of the raw materials employed during synthesis. Therefore, appropriate raw material selection and formulation design play a crucial role in determining the final performance of the products. In this study, the effects of different polyol types on the structure–property–performance relationship of water-based anionic polyurethane dispersions designed for textile applications were systematically investigated. During synthesis, isophorone diisocyanate (IPDI) was kept constant as the isocyanate component, while polyether polyol, polyester polyol, amine terminated polyether polyol, polycaprolactone polyol, and polycarbonate based polyol were used to prepare five different polyurethane dispersions. This approach enabled a comparative evaluation of the influence of polyol chemistry on the polyurethane chain structure, phase morphology and reaction mechanism. Polyether-based polyols provide high flexibility, low glass transition temperature, and good hydrolytic stability, contributing to softness and elasticity in textile applications, whereas polyester-based polyols offer higher mechanical strength, abrasion resistance, and durability due to their chain structures. Polyamine-based polyols enhance hard segment formation, improving adhesion strength, chemical resistance, and crosslink density. Polycaprolactam-based polyols provide balanced mechanical properties, homogeneous film formation, and improved surface xxiv uniformity. Polycarbonate-based polyols offer significant advantages in terms of long-term performance and aging resistance owing to their superior oxidative and hydrolytic stability. Accordingly, the synthesized polyurethane dispersions (PUDs) were evaluated with respect to these structure–property relationships, and the validity of the obtained results was thoroughly examined and supported through comprehensive physical and chemical analyses. The characterization of the synthesized polyurethane dispersions was carried out by means of viscosity, ionic content, solid content, differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetric analysis (TGA), particle size distribution, and zeta potential measurements. The dispersions were applied to textile substrates using padding and coating methods, and their application performances were evaluated based on the processing technique. For the padding method, tensile, tear, and bursting strength, rubbing fastness, wrinkle recovery, water permeability, thermal and phenolic yellowing behavior, and sewability tests were performed on knitted and woven cotton and polyester fabrics. For the coating method, water column, mechanical strength, yellowing performance, and spray–water repellency tests were conducted on woven cotton and polyester fabrics to comparatively assess coating performance on different textile substrates. As a result of this study, it was demonstrated that different polyol types have significant and distinctive effects on the physical, chemical, thermal, and textile application performances of polyurethane dispersions. The findings provide an important guideline for the rational design of water-based polyurethane dispersions tailored to various application requirements within the textile industry.
Benzer Tezler
- Çevre dostu su bazlı poliüretan nanokompozit verniklerin geliştirilmesi ve film özelliklerinin incelenmesi
Development of eco-friendly water-based polyurethane varnish and investigation of film properties
SONGÜL DUZAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Polimer Bilim ve TeknolojisiYalova ÜniversitesiPolimer Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ YASEMİN TAMER
- New functional polyols for polyurethanes
Poliüretanlar için yeni fonksiyonel polioller
BAŞAR YILDIZ
Doktora
İngilizce
2016
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET AKAR
- Design, synthesis, and characterization of waterborne polyurethane dispersions for self-healing, anti-fouling, and UV-curable coatings and films
Kendi kendini onarabilen, kirlenmeye dirençli veya UV ile kürlenebilen kaplama ve filmler için su bazlı poliüretan dispersiyonlarının tasarımı, sentezi ve karakterizasyonu
EKİN BERKSUN
Doktora
İngilizce
2024
Polimer Bilim ve TeknolojisiSabancı ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SERKAN ÜNAL
- Structure-property study of waterborne polyurethane coatings based on different hydrophilic contents and polyols
Değişik hidrofilik monomer ve poliol esaslı suda yayınık poliüretan boyalarının yapı-özellik çalışması
RÜYAM REYHAN KISAKÜREK
Yüksek Lisans
İngilizce
2001
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜNGÖR GÜNDÜZ
- UV ile kürlenebilen su bazlı poliüretan akrilat binderlerin suni deriye şablon baskı yöntemiyle uygulanması ve baskı yönteminin geliştirilmesi
Screen printing of UV curable water-borne polyurethane acrylate binder on synthetic leather and development of the printing method
GÜLÇİN BAYSAL
Doktora
Türkçe
2020
Tekstil ve Tekstil Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BURÇAK KARAGÜZEL KAYAOĞLU