Eco-friendly and novel bio-based wood adhesives for particleboard production
Yonga levha üretimi için çevre dostu ve yeni biyo bazlı ahşap yapıştırıcılar
- Tez No: 1016015
- Danışmanlar: PROF. DR. NİLGÜN KIZILCAN
- 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
Reçineler oldukça çok yönlü, hem sentetik hem de doğal olarak bulunan düşük molekül ağırlıklı polimerik malzemelerdir. Reçineler, inşaattan elektronik sektörüne kadar çok farklı sektörlerde kullanılmaktadır. Reçineler, sarımsı ila kahverengi renkli, şeffaf ila opak, yumuşak ila kırılgan, yapışkan ve kristalleşemeyen düşük molekül kütleli, en yaygın organik çözücülerde çözünebilen ve suda neredeyse çözünmeyen doğal malzemeler olarak tanımlanmıştır. İlerleyen kimya endüstrisinde benzer özellik gösteren doğal reçinelerin yerine sentetik olanların geçmesiyle birlikte reçine tanımı doğal reçineler ve sentetik reçineler olarak ikiye ayrılmıştır. Doğal reçineler genelde bitkiler tarafından salgılanan ve doğal metabolik yollardan oluşan, katı/yarı katı ve amorf doğal yapılar olarak tanımlanır. Öte yandan sentetik reçineler, Fonksiyonel moleküllerin birbirlerine bağlanarak daha büyük ünitelerin oluşmasıyla ortaya çıkan karbon bazlı yapılardır. Reçineler termoset ve termoplastik olarak ikiye ayrılabilir. Bilindiği üzere termoset polimerler başlangıçta sıvı formdayken ısı ile etkileştiğinde geri döndürülemez bir şekilde katı hale geçen polimer ailesidir. Aksine termoplastik reçineler ise ısı ve basınç altında sıvılaşırlar. Bu olay esnasında polimer zincirlerini bir arada tutan moleküller arası kuvvetler sıcaklıkla artışıyla ters orantılı olarak zayıflar ve ortaya viskoz bir sıvı elde edilir. Günümüzde hem doğal hem de sentetik olarak bulunan pek çok reçine tipi vardır. Bu reçineler arasında fenol-formaldehit reçinesi (PF) termoset reçinelerin ilk örneği olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu reçine ilk olarak 20. Yüzyılın başlarında Adolf Bayer'in fenol ve formaldehit üzerinde yaptığı çalışmalar neticesinde ortaya çıkmıştır. Fenolik reçineler kimyasına bakıldığında fenol ile bir aldehitin kondenzasyonu sonucunda elde edilmektedir. Fenolik reçinelerin geneline bakıldığı zaman resol ve novalak reçine olarak ikiye ayrılırlar. Fenol/formaldehit oranı, katalizör tipi, ve reaksiyon sıcaklığı reçine özelliklerini belirler. Bu çalışma kapsamında incelenen reçine tipi resol reçinedir. Resol reçine sentezinde Klasik olarak fenol, formaldehit ve bir bazik katalizör kullanılarak elde edilir. Bu reçine sisteminde P/F oranı 1'den büyüktür. Yani miktar olarak fenol daha fazla kullanılmaktadır. Tam tersi olarak P/F oranı 1'den küçük olduğu durumda elde edilen reçine novolactır. Fenolik reçinelerin kullanım alanları incelendiğinde ahşap bağlayıcılar, cam yalıtım bağlayıcıları, kalıplama ürünleri, laminatlar, kaplama gibi alanlar karşımıza çıkmaktadır . Benzer şekilde thermoset reçineler arasındaki bir diğer önemli aile amino reçinelerdir. Bu reçineler temelde bir aldehit ile amin grubu içeren bir bileşiğin kondenzasyonu sonucuyla elde edilen ve ısıtıldığında geri dönülemez şekilde sertleşen/kürlenen polimerledir. Amino reçinelerin önemli üyeleri üre-formaldehit (UF), melamin-formaldehit (MF) ve bu ikisinin karşımı olan melamin-üre-formaldehit (MUF) şeklinde sıralanabilir. Tarihlerine bakıldığı zaman amino reçineler 1900 lü yılların başında ortaya çıkmış ve ilk ticari sayılabilecek olan ürün 1925 yılında İngilterede keşfedilmiştir. Üre, tiyoüre ve formaldehitten elde edilen ve selüloz fiberleriyle güçlendirilen bu ürün kalıplama bileşeni olarak patentlenmiştir. Piyasaya o dönem mevcut termoset reçineleri yenebileceği anlamını çağrıştırması için Beetle (beat all) adıyla çıkmıştır. Amino reçineler sahip oldukları özellikler nedeniyle pek çok farklı alanda kullanılmaktadır. Fenolik reçinelere benzer olarak başta ahşap panel üretiminde kullanılan reçineler başta olmak üzere boya, elektronik, dekoratif kaplamalar, kalıplama ürünleri, kağıt ve tekstil endüstrisi gibi alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Bahsedildiği üzere hem fenol reçineler hem de amino reçineler ahşap bazlı panellerin üretimlerinde bağlayıcı olarak kullanılmıştır. Temel olarak bakıldığında ahşap insan yaşamının pek çok farklı noktasında karşımıza çıkmaktadır. Ağaç ürünleri genel olarak ham ağaç ve ağaç bazlı paneller aracılığıyla ev, ofis ve bahçe mobilyalarına dönüştürülmektedir. Günümüz dünyasında artan kirliliği ve kimyasalların çevreye verdikleri zararı en aza indirmek en önemli konulardan biri olarak karşımıza çıkmaktadır. Ağaç bazlı panel endüstrisini bu noktada ilgilendiren kısım ise üretilen panellerin formaldehit emisyonu olmaktadır. Yeşil mutabakat çerçevesinde sürdürülebilir ve çevre dostu ürünler piyasaya sunulması için düşük formaldehit emisyonuna sahip ürünlerin geliştirilmesi üzerinde çalışılması gereken bir konudur. Bu konuda yapılan araştırmalarda neticesinde kompozit reçineler ön plana çıkmaktadır. Bununla birlikte literatürde organik bir malzeme olan lignosülfonat karşımıza çıkmaktadır. Bu ürün dünya çapında en bol bulunan ve ticari olarak temin edilebilen teknik lignindir. Kimyasal olarak incelendiğinde bu bir makromoleküldür ve oldukça dallanmış bir yapıya sahiptir. Temelde fenilpropan ünitelerinin birbirine bağlnmasından meydana gelir. Bu bağlanma ya eter köprüleriyle ya da iki aromatic yapıyı birleştiren C-C bağlarıyla olur. Lignosülfonat formaldehit ile reaksiyon verecek aktif uçlara sahiptir ve elde edilen polimerin zincir yapısına katılır. Lignosülfonatın ahşap yapıştırıcılarınaentegre edilmesiyle ilgili çeşitli çalışmalar yapılmıştır. Ancak bugüne kadar ticari yapıştırıcıların biyobazlı modifiyesinin geliştirilmesi sınırlı ve geliştirilmeye açıktır. Buna benzer olarak mineral esaslı ürünleri bu reçinelerin yapılarına katma fikri de bulunmaktadır. Bu kısımda kil ve türevleri önemli bir güçtür. mineral esaslı bir malzeme olan sepiyolit reçinelerin hem mekanik mukavemetlerinin artmasında olumlu etkiler göstermiş hem de uzun vadede formaldehit emisyonunu düşürücü etkisi olduğu yine yapılan sınırlı çalışmalarda karşımıza çıkmaktadır. Literatür incelendiğinde sepiolit ve lignosülfonatın tek başlarına modifiye elamanı olarak kullanıldığı araştırmalar vardır.Ancak bu iki elemanın aynı reçine sisteminde beraber kullanımına yönelik bir çalışmaya rastlanmamıştır . Ahşap panel endüstrisine baktığımızda, panelleri daha çevre dostu hale getirmek, yeşil anlaşma çerçevesindeki en önemli hedeftir. Literatürdeki çalışmalar incelendiğinde, formaldehit emisyonlarını azaltmak için oldukça farklı ve etkili çalışmaların olduğu dikkat çekmektedir. Kompozit modifiye reçineler, panel endüstrisi için yenilikçi bir malzeme sınıfı olarak önemli bir yer tutmaktadır. Bu modifiye reçineler, hem biyolojik bazlı hem de mineral bazlı yapıların polimer matrisine dahil edilmesiyle elde edilir ve reçinenin mekanik ve termal özelliklerine olumlu katkıda bulunarak formaldehit emisyonlarını azaltmak için oldukça umut vadeden bir çözüm sunar. Bu tezin amacı, yeni, çevre dostu kompozit modifiye reçinelerin sentezlenmesi ve ileri düzeyde karakterizasyonunun yapılmasıdır. Bu tez çalışmasında sepiolit ve lignosülfonat birlikte hem PF hem de MUF reçine sisteminde farklı oranlarda (5wt% sepiolite + 5wt% lignosülfonat, 10wt% sepiolite + 10wt% lignosülfonat) kullanılmıştır. xxv Elde edilen kompozit reçinelerin karakterizasyonları Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi (FTIR) , Diferansiyel Taramalı Kalorimetre (DSC), Termogravimetrik Analiz, X-Işınları Difraktometresi (XRD) ve Taramalı Elektren Mikroskobu (SEM) ile yapılmıştır. FTIR analizi neticesinde elde edilen reçinelerin temel kimyasal yapıları aydınlatılmıştır ve bulguların literatür verisiyle uyumlu olduğu kanıtlanmıştır. DSC ve TGA gibi termal analizlere bakıldığı zaman sepiolite ve lignosülfonat ilavesinin hem reçinelerin ısısal davranışlarını değiştirdiği hem de bozunma sıcaklıkları ve kömür kalıntı yüzdelerinden yola çıkarak termal stabiliteyi iyileştirdiği görülmüştür. Yapılan XRD analiziyle reçinelerin kristalin/amorf karakteri ortaya konmuştur. Modifiye elemanlarının XRD paternleri ile karşılaştırıldığında yeni elde edilen reçine sistemlerinin“intercalated”yapıda olduğu sonucuna varılmıştır. Son olarak reçineler SEM analizine tabi tutulmuştur. Yapılan bu görüntüleme neticesinde en yüksek katkı oranına sahip reçinelerin mikroskop görüntüleri elde edilmiştir. Ek olarak aynı cihazla yarı kantitatif elementel analiz yapılmıştır. Reçinelerde Si, Mg gibisepiolit kaynaklı elementlerin görülmesi ve lignosülfonatta gelen Ca ve S elementlerinin bulunması modifikasyonun başarılı olarak gerçekleştirildiği sonucunu ifade etmektedir
Özet (Çeviri)
Resins are a highly versatile material that can be both synthetic and natural. This material is used in many different industries, ranging from construction to electronics. When viewed in its most basic definition, there is no clear definition of resin. Initially, this term was defined as natural materials that are yellowish to brown in color, transparent to opaque, soft to brittle, sticky, and non-crystallizable, with low molecular weight, soluble in most common organic solvents, and almost insoluble in water. With the replacement of natural resins with synthetic ones exhibiting similar properties in the advancing chemical industry, the definition of resin has been divided into natural resins and synthetic resins. Natural resins are generally defined as solid/semi-solid and amorphous natural structures secreted by plants and formed by natural metabolic pathways. On the other hand, synthetic resins are carbon-based structures that emerge when functional molecules bond together to form larger units. Resins can also be divided into thermosets and thermoplastics. As is well known, thermoset polymers are a family of polymers that initially exist in liquid form but irreversibly solidify when exposed to heat. In contrast, thermoplastic resins liquefy under heat and pressure. During this process, the intermolecular forces that hold the polymer chains together weaken in inverse proportion to the increase in temperature, resulting in a viscous liquid. Today, there are many types of resins, both natural and synthetic. Among these resins, phenol-formaldehyde resin is the first example of thermoset resins. This resin first appeared in the early 20th century as a result of Adolf Bayer's work on phenol and formaldehyde. When examining the areas of application for phenolic resins, we encounter areas such as wood binders, glass insulation binders, molding compounds, laminates, foundry binders, and coatings. Similarly, another important family among thermoset resins is amino resins. These resins are polymers obtained by the condensation of an aldehyde with a compound containing an amine group, which irreversibly harden/cure when heated. The main types of amino resins are urea-formaldehyde (UF), melamine-formaldehyde (MF), and melamine-urea-formaldehyde (MUF), which is a mixture of the two. Historically, amino resins appeared in the early 1900s, and the first commercially viable product was discovered in England in 1925. Amino resins are used in many different areas due to their properties. Similar to phenolic resins, they are widely used in areas such as paint, electronics, decorative coatings, molding products, paper, and the textile industry, primarily as resins used in wood panel production. As mentioned, both phenolic resins and amino resins have been used as binders in the production of wood-based panels. Essentially, wood appears in many different aspects of human life. Wood products are generally transformed into home, office, and garden furniture through raw wood and wood-based panels. In today's world, minimizing xxii pollution and the damage chemicals cause to the environment is one of the most important issues. The part that concerns the wood-based panel industry at this point is the formaldehyde emission of the panels produced. Within the framework of the Green Deal, the development of products with low formaldehyde emissions is a necessary step towards bringing sustainable and environmentally friendly products to market. Research in this area has highlighted composite resins as a promising solution. Additionally, lignosulfonate, an organic material, has emerged in the literature. This product is the most abundant and commercially available technical lignin worldwide.. Various studies have been conducted on the integration of lignosulfonate into wood adhesives. However, the development of bio-based modifications for commercial adhesives has been limited to date and remains open to further development. Similarly, there is also the idea of incorporating mineral-based products into the structures of these resins. Clay and its derivatives are an important force in this area. Sepiolite, a mineral-based material, has been shown in limited studies to have a positive effect on increasing the mechanical strength of resins and to reduce formaldehyde emissions in the long term. A review of the literature reveals studies where sepiolite and lignosulfonate are used as modifying agents individually. However, no study has been found on the combined use of these two elements in the same resin system. When we look at the wood panel industry, making panels more environmentally friendly is the most important goal within the framework of the green agreement. A review of the literature reveals that there are quite different and effective studies aimed at reducing formaldehyde emissions. Composite modified resins occupy an important place as an innovative material class for the panel industry. These modified resins are obtained by incorporating both biologically-based and mineral-based structures into the polymer matrix and offer a promising solution for reducing formaldehyde emissions by positively contributing to the mechanical and thermal properties of the resin. The aim of this thesis is to synthesize new, environmentally friendly composite modified resins and perform advanced characterization. In this thesis study, sepiolite and lignosulfonate were used together in both PF and MUF resin systems at different ratios (5wt% sepiolite + 5wt% lignosulfonate, 10wt% sepiolite + 10wt% lignosulfonate). The characterization of the obtained composite resins was performed using Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Differential Scanning Calorimetry (DSC), Thermogravimetric Analysis, X-ray Diffractometry (XRD), and Scanning Electron Microscopy (SEM). The FTIR analysis revealed the basic chemical structures of the obtained resins, and the findings were proven to be consistent with the literature data. Thermal analyses such as DSC and TGA showed that the addition of sepiolite and lignosulfonate both altered the thermal behavior of the resins and improved thermal stability, as indicated by their decomposition temperatures and char percentages. XRD analysis revealed the crystalline/amorphous character of the resins. Comparison of the XRD patterns of the modified elements led to the conclusion that the newly obtained resin systems have an“intercalated”structure. Finally, the resins were subjected to SEM analysis. This imaging yielded microscope images of the resins with the highest contribution ratio. Additionally, semi-quantitative elemental analysis was performed using the same device. The presence of elements such as Si and Mg originating from sepiolite in the resins and the presence of Ca and S elements originating from lignosulfonate indicate that the modification was successfully achieved.
Benzer Tezler
- Sivas'ta kadınların işgücüne katılım farklılıkları
Başlık çevirisi yok
BİNNUR ERCEM
Yüksek Lisans
Türkçe
1984
SosyolojiCumhuriyet ÜniversitesiKurumlar Sosyolojisi Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. FARUK KOCACIK
- Bromtimol mavisi, bromkresol moru ve klorfenol kırmızısı indikatörleri katılmış özel besiyerlerinin sütlerde antibiyotik belirtilmesine uygunluğu üzerine araştırmalar
Başlık çevirisi yok
ESENGÜL TUNCER
Yüksek Lisans
Türkçe
1985
Gıda MühendisliğiEge ÜniversitesiSüt Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASAN YAYGIN
- Deprem etkisindeki yapılarda dinamik yöntemlerle üç boyutta form araştırması
Başlık çevirisi yok
MEHMET EMİN TUNA
Doktora
Türkçe
1985
İnşaat MühendisliğiGazi Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. HÜSNÜ CAN