Geri Dön

Sonbahar atığı yapraktan poliüretan üretimi

Polyurethan production from fall leaves

PDF İndir

  1. Tez No: 421097
  2. Yazar: AYŞEGÜL BÜYÜKLİMANLI
  3. Danışmanlar: PROF. DR. OYA ATICI
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Polimer Bilim ve Teknolojisi, Polymer Science and Technology
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2015
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Son yıllarda yüksek performanslı ve uygun maliyetli yeni malzemeler için büyük çapta bir arayış başladı. Bu süreçte polimerik malzemeler bir çok malzemenin önüne geçti. Fakat petrol temelli monomerlerden üretilen polimerlerin doğada uzun yıllar yok olmayışı ve çevrede yarattığı kirlilik yüzünden daha doğal yöntemler aranmaktadır. Artan çevre bilinci ile bu arama, özellikle yenilenebilir ve sürdürülebilir sloganları altında toplanmaktadır. Bu kavramların ön plana çıktığı günümüzde doğal liflerin kompozit malzemelerde ve polimerlerde kullanımı hızla artmaktadır. Yeni istihdam alanları yaratmasının yanında doğal liflere olan ilginin artmasının nedenlerinden bir diğeride selüloz, hemiselüloz ve lignin gibi lignoselülozik malzemelerin yapısının daha iyi anlaşılmış olmasıdır. Doğada yaygın olarak bulunan selüloz sert, fibröz ve suda çözülmeyen doğal bir polimerdir. Selüloz, hemiselüloz ve lignin ile beraber bitki hücrelerinde, hücre duvarının temel yapısında bulunur. Selüloz odunun büyük kısmını oluşturur doğrusal ve dallanmamıştır ve 10000-15000 D-glukoz birimi içeirir. Glukoz β konfigürasyonundadır. Selülozun yapısında glukozlar (β 1→4) glukozidik bağla bağlanmıştır. Doğal bir makromolekül olan selüloz, sentetik moleküller ile birleştirilerek çeşitli polimerizasyonlar ile kompozit malzemeler elde edilebilir. Çok kullanılan polimerlerden olan poliüretanlar genel olarak bakıldığında bir diol grubu ile bir diizosiyanat grubunun kondenzasyon polimerizasyonu ile ardarda birleşmesinden oluşurlar. Poliüretanlar yumuşak ve sert kısımdan oluşan parçalı bir yapıya sahiptir. Yumuşak kısım poliollerden oluşurken, sert kısım izosiyanat ve zincir uzatıcıdan oluşur. Yumuşak kısmın camsı geçiş sıcaklığı sert kısma göre daha düşüktür ve yapıya esneklik özelliği kazandırır. Bu iki yapısal bileşenin oranına baglı olarak son ürünün mekanik özellikleri geniş bir aralıkta değişmektedir. Bu çalışmada sonbahar atığı olarak nitelendirilen ve içinde lignoselülozik birimler barındıran yapraklar toplanarak içindeki selülozdan yararlanılmak istendi. Elde edilen selülozun endüstride değerlendirilebilmesi için poliol olarak poliüretan polimerizasyonunda kullanılmıştır. Çalışmamızda İstanbul Teknik Üniversitesi'nden toplanan yapraklar selüloz geri kazınımı için soksilet ektraksiyonunda toulen:etanol veya toulen:metanol ile ekstrakte edildi. Ekstrakte edilen yaprak hidrojen peroksit ve sodyum hidroksit ile oksidasyon yapıldı. İdeal koşulların belirlenmesi için baz miktarı, süre gibi koşullar değiştirildi. Analitik bir yöntem olan alkali delignifikasyonun literatürdeki emsallerinden farklı olarak, çalışmalar oda sıcaklığında gerçekleştirildi. Yapılan denemeler sonucunda oda sıcaklığında selüloz sentezinde zamanın uzamasının selülozu parçaladığı, selülozunda hemiselüloz ve lignin ile beraber çözeltiye katıldığı ve ideal sürenin 24 saat olduğu gözlendi. Baz miktarının kullanılanılanın üzerine çıkarılmasının verimi negatif etkilediği baz/peroksit oranının 0,8-1,0 arasında sabit tutulması gerektiği gözlendi. İdeal parametreler doğrultusunda yapılan denemede verim %65 bulundu. Selüloza yapılan FTIR incelemelerinde 3400 cm-1 civarındaki yayvan OH bandları ve 895 cm-1 civarındaki β glukozit bandları gözlendi ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile alınan görüntüde selülozun mikrofibril yapısı görüldü. Alkali peroksitle oksidasyon sonucu elde edilen selülozların birleştirilip toplu bir şarj karışımı elde edildi. Poliüretan denemeleri bu karışım üzerinden devam ettirildi. Yapılan poliüretan sentezinde selüloz, aseton ve N-metilprolidon (NMP) içinde karıştırılıp yüzey alanı genişletildi. Daha sonra heksametilendiizosiyanat (HDI) ve 0,10 ml dibütilkalaydilaurat (DBTL) veya Trietilamin (TEA) ilave edildi. Bu aşamalarla elde edilen prepolimere 1 saat sonra Trietanolamin (TEOA) ilave edildi. Reaksiyon 3 saat sonunda 15 mL su ilave edilerek sonlandırıldı. Yapılan poliüretan sentez denemelerinde selüloz/HDI oranı, zincir uzatıcı miktarı veya katalizör değiştirilerek ideal koşullar sağlandı. Bu denemelerin sonucunda HDI/Selüloz oranının 0,80'nin altında olmaması gerektiği gözlendi. Oran düştüğünde prepolimer eldesi sırasında bütün –NCO gruplarının selülozun –OH gruplarıyla reaksiyona girdiği ve zincir uzatıcı ilave edildiğinde reaksiyona katılacak –NCO grubu kalmadığı anlaşıldı. Zincir uzatıcı ilavesiyle kolay parçalanmayan ürünler elde edildi. Katalizör olarak DBTL'nin daha iyi çalıştığı süre takip edilerek gözlendi. Poliüretan denemelerine yapılan FTIR incelemelerinde 3330 cm-1 civarlarında N-H bandları,1710 cm-1 ile 1680 cm-1 aralığında gözüken bandlar ise C=O poliüretan bandlarıdır. –NCO grubunun su ile reaksiyona girmesiyle oluşan üre bandları 1620 cm-1 civarında gözlenmektedir. Tüm denemelerde 2270 cm-1 civarında band gözlenmemesiyle ortamdaki bütün heksametilendiizosiyanatın reaksiyona katıldığı anlaşıldı. Kısacası bu tez çalışmasında öncelikle sonbahar yapraklarından selüloz geri kazanıldı. Geri kazanılan bu selülozdan su esaslı yöntemle elde edilen ürünlere yapılan spektral incelemeler, cis cis veya trans-trans veya cis-trans yapıda olduklarını ve ürünlerin büyük kısmının poliüretan-poliüre yapısında olduğunu hatta dendrimerik yapılar da içerdiklerini gösterdi

Özet (Çeviri)

A large scale search has begun for new high-performance and cost-effective materials in recent years. With increasing environmental awareness, this search has been gathered under the slogans of“particularly renewable and sustainable”. These concepts are coming into prominence today, and the usage of natural fibers with composite materials and polymers is increasing rapidly. The improvement of these materials are really important for not just science, but for creating new employment opportunities. The non-nutrient agricultural wastes create new business opportunities in countryside. Polymeric materials replaced a lot of materials over the last few years, but polymers synthesized from petroleum based monomers can do a lot of harm to the environment and the bad effects of those polymers doesn't dissolve quickly and pollutes the environment for a long time, and the researchers' interest headed towards more natural procedures and natural products. The interest to the natural fibers increased rapidly after 1990's, because researchers tried to find environment friendly products. Also, the petroleum resources weren't infinite, and the structure of lignocellulosic materials (such as cellulose, hemicellulose and lignin) were studied and understood a lot better, compared to petroleum based products. Cellulose, hemicellulose and lignin can be found in the plant cells; in the structure of the cell wall. Our country has a high potential in terms of renewable energy sources. Turkey accounts for two-thirds of these resources according to the report biomass energy. This is a result of studies to assess the causes biomass. Cellulose - which is widespread in nature- is a tough, fibrous, and hydrofobic natural polymer.The structure of wood is heavily consisted of cellulose. It can be found on plants' branches, and all of the woody parts of the plants. The molecular structure is not branched, and it includes 10000-15000 D-Glukose unit. The glukose units in the cellulose structure are bonded with (β 1→4) glucosidic bonds. The secondary cell wall, primary cell wall microfibrils are microfibrils and more intense than those of cellulose crystals. Cellulose nature almost never does it alone. Usually found in combination with other herbal substances. This affects the degradation of cellulose in the natural environment. Cellulose fibers are primarily hemicellulose, being embedded in the matrix of other polymers, including pectin and protein. The chemical properties of cellulose are determined almost exclusively by functional groups. These groups are usually participate in any chemical reaction cellulose. Functional groups in the cellulose molecules within the three alcoholic hydroxyl group in each glukozanhidrit units are oxygen bridge between units. One of the primary hydroxyl groups (C6-OH) two secondary (C2-OH and C3-OH) in character. The acidity of these hydroxyl groups C6-OH <C3-OH < C2-OH increases as. If ionized C2-OH group Besides this case, the No. 3 acidity of the OH group and may also increase acidity due to carbon falls in the C6-OH position. In general, the OH group connected to the carbon number 2 shows more reactivity to esterification reactions shows evidence of more acidity. Number 6, which is connected to the carbon is important to the OH group, etherification reactions. The polyurethanes from requently used polymers are produced from condensation reactions of a diol group and a diisocyanate group, whose merge one after another. Polyurethanes consist of a scattered structure, which are soft and hard parts. The soft parts consists of polyols, and the hard parts consists of isocyanate and chain lenghtener. The glass transition temperature of the soft part is lower compared to the hard part, and it adds flexibility to the structure. The mechanical characteristics of the final product changes in a wide range, and it depends on the ratio of those two structural components. The hard part is formed by diisocyanate effective in the formation of cross-linking. By phase separation between the hard segment urethane polyol soft segment is available. This structure results in the dispersion in the matrix of the soft segment, the hard segment areas occurs. Physical and mechanical properties of the polyurethane will depend largely on the distribution of hard and soft segments of the material. Changing the phase distribution of the material between the soft and hard segments, mechanical, physical properties and biocompatibility may be varied. Polyurethane may be a single step or two-step synthesis. Isocyanate in a one-step process, the polyol, chain extender is also added to the solvent. The reaction temperature is above 80oC. Catalyst can be used if necessary. The two-step synthesis by reacting the polyols excess isocyanate prepolymer is obtained. The resulting structure is a low melting solid or viscous prepolymer. This prepolymer is reacted with chain extenders and high molecular weight polyurethane is obtained afterwards. Structure polyols used in polyurethane production are at least two or more hydroxyl group bearing compound. Polyols provide high elasticity to the main chain, so are referred to as soft segments. Polyols can be divided into two groups in terms of structural differences. The first group of propylene glycol, ethylene glycol, low molecular weight polyols, such as glycerin. The second group are the molecular weight oligopoliol containing terminal OH groups of up to 10 000 daltons. The intent of this study was to collect autumn wastes (autumn leaves which contains lignocellulosic units) and use the cellulose inside the structure of those wastes. The cellulose gathered from the wastes used in polyurethane polymerisation as polyol, to evaluate in industry. The leaves gathered from Istanbul Technical University has been extracted with soxhlet extraction, and toluen:ethanol and toluen:methanol have beed used for extraction for cellulose retrieval. Soxhlet phase methanol: toluene and ethanol: toluene solvent grade ethanol, including two types: toluene was determined that the impurities are more expenses. After the extraction, the leaves have been oxidated with hydrogen peroxide and sodium hydroxide. Conditions like base quantity or the elapsed time has been altered to determine the ideal conditions. After the experiments, it turned out that lenghtening the reaction time in cellulose synthesis would lead to the fragmentization of the cellulose in room temperature, the ideal time was 24 hours, increasing the base quantity would reduce the efficiency, and the ideal ratio of base/peroxide need to be fixed at 0,8 – 1,0. Determination was made of the amount of lignin with lignin kappa method to detect analytically.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    785560

    Gebelik başına tohumlama sayısının süt sığırlarının ıslahında önemi ve ekonomik kayıplar

    Number of seeding per pregnancy in breeding of dairy cattle importance and economic losses

    EYÜP TÖRE

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    ZoolojiTekirdağ Namık Kemal Üniversitesi

    Zootekni Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ YAHYA TUNCAY TUNA

  2. Tez No

    421205

    Development of a new technology for delignification process

    Delignifikasyon için yeni bir teknoloji geliştirilmesi

    ERDEM TEZCAN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2016

    Genetikİstanbul Teknik Üniversitesi

    Moleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)

    PROF. DR. OYA ATICI

  3. Tez No

    542515

    Zonguldak ilinin ambalaj atığı plastik yönetiminin incelenmesi

    The investigation of the management of packing plastic wastes in Zonguldak

    SELİN SARAÇ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2018

    Çevre MühendisliğiZonguldak Bülent Ecevit Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. AYTEN GENÇ

  4. Tez No

    547595

    Diyarbakır ili Bağlar ilçesi Kaynartepe Mahallesi katı atık karakterizasyonu ve geri kazanım oranları

    Solid waste characterization and recovery ratings of Kaynartepe neighborhood in Baglar disting of Diyarbakir city

    ARJEN ADANÇ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Mühendislik BilimleriMersin Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MEHMET ALİ MAZMANCI

  5. Tez No

    804297

    Hastane yemek hizmetlerinde atık ve artık yönetimi ile sürdürülebilirlik ilişkisi

    The relationship between waste and residual management with sustainability in hospital food services

    HATİCE BAYGUT

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    Beslenme ve DiyetetikGazi Üniversitesi

    Beslenme ve Diyetetik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SANİYE BİLİCİ

Geri Dön