Synthesis of reactive polyurethane adhesives and studying the effect of ketonic resins
Reaktif poliüretan yapıştırıcıların sentezi ve ketonik reçinelerin etkilerinin araştırılması
- Tez No: 527882
- Danışmanlar: DOÇ. DR. NESRİN KÖKEN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya, Polimer Bilim ve Teknolojisi, Chemistry, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kimya Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 79
Özet
Poliüretanlar ilk olarak 1930'ların sonunda Otto Bayer ve çalışma arkadaşları tarafından keşfedilmiştir. Kısa süre sonrasında poliüretanların kauçuğu metale yapıştırabildiği öğrenilmiş, bunun üzerine polyester poliollerin kullanıldığı poliüretan yapıştırıcılar hızla gelişim kaydetmiştir. Bugüne kadar poliüretan yapıştırıcıların sentezlenmesine yönelik birçok çalışma yapılmış ve günümüzde kauçuk, plastik, metal, ağaç, cam ve seramik gibi birçok malzemenin yapıştırılmasında yaygın şekilde kullanılmaktadır. Günümüzde poliüretan yapıştırıcılar çok iyi hidrolitik stabilite, mükemmel düşük sıcaklık performansı göstermelerinin yanısıra maliyet olarakta avantajlıdırlar. Yüksek sıcaklıklardaki performanslarının yeterli olmaması uygulama alanlarını belli ölçüde daraltsa da son dönemdeki gelişmelerle bu alanda da önemli gelişmeler kaydedilmiştir. Teze konu olan tek komponentli reaktif poliüretan yapıştırıcılar özellikle mobilya sektöründe ahşabı ahşaba yapıştırmada yaygın şekilde kullanılmaktadır. Poliüretan yapıştırıcılar yüksek yapışma gücü istenildiğinde, rutubetin yüksek olduğu mutfak ve banyo mobilyalarında ve dış bahçe mobilyalarında yoğunlukla tercih edilmektedir. Aynı zamanda teze konu olan poliüretan yapıştırıcıların %100 katı içerikli olması ve çözücü içermemesi de en önemli avantajları arasındadır. Mobilya üreticileri açısından üretim verimliliğini etkileyen en önemli parametrelerin başında yapıştırma ile birleştirilen parçaların uzun süre mengenede beklemek zorunda kalması ve bu süre içerisinde herhangi bir işleme tabi tutulamamasıdır. Bu durumda yapıştırıcı kısa sürede yeteri kadar kuvvetli yapışmayı sağlayamadığından üretim verimliliği önemli ölçüde azalmaktadır. Ketonik reçineler mürekkep ve boya sektöründe yoğun olarak yapışmayı artırmak üzere kullanılmaktadır. Bu yönüyle ketonik reçinelerin kullanıldığı bir çok başarılı ürün ticari olarak hayatımızda yer almaktadır. Ancak ketonik reçinelerin poliollere kıyasla daha zor ulaşılabilir olmaları ve buna bağlı maliyetlerinin yüksek olması nedenlerinden dolayı poliüretan yapıştırıcılarda kullanımı bugüne kadar söz konusu olmamıştır. Yapılan çalışma ile viskozitesi blank ürünlerle benzerlik gösteren yani düşük viskoziteli, ilk yapışma gücü yüksek olan böylece yapıştırılan parçaların erken işleme alınması ve neticesinde üretim verimliliğinin artmasına imkan sağlayan, sıcaklık dayanımı yüksek yapıştırıcı sentezlenmesi amaçlanmıştır. Çalışmada siklohekzanon formaldehit ketonik reçine (CFR) belli yüzdede poliüretan yapıştırıcı formülasyonuna katılarak ürünün viskozite, ilk yapışma mukavemeti ve sıcaklık dayanımına olan etkileri incelenmiş ve bu özelliklerin iyileştirilmesine çalışılmıştır. Poliüretan Bu maksatla öncelikli blank örnekler sentezlenmiştir. Blank örnekler polieter poliol ve polimerik 4,4'-methylene diphenyl diisocyanate (p-MDI) kullanılarak sentezlenmiştir. Reaktif poliüretan yapıştırıcılarda her zaman izosiyanatın fazlası kullanılır ve böylece pre-polimer uçlarında reaktif -NCO gruplarının bulunması sağlanır. Bu maksatla sentezlenen iki farklı blank örneği için izosiyanat grubunun (NCO) hidroksil grubuna (OH) oranı 4.84'dür. İlk örnekte farklı olarak viskozite ayarlaması ve ürünün kırılgan yapısının azaltılması maksadıyla plastifiyan kullanılmıştır. Montmorillonite kil içeren (MM-CFR) ve içermeyen siklohekzanon formaldehit ketonik reçine kullanılan denemelerde blank örneklerine benzer şekilde plastifiyan içeren ve içermeyen olarak iki grupta hazırlanmıştır. Bu çalışmada polieter poliolün %10'u kadar CFR ve MM-CFR reçineleri katılmıştır. Kullanılan CFR reçine farklı oranlarda MM içermektedir. Denemelerde kullanılan ketonik reçinelerin OH gruplarının sayısı tam olarak bilinmediğinden hesaplamada kullanılmamıştır. Kullanılan polieter poliol'ün miktarının azalmasına paralel olarak NCO/OH oranı (ketonik reçine değerlendirmeye katılmadığında) 5.38 olmuştur. Ketonik reçinelerin kullanıldığı denemelerde ayrıca çözücü olarak klorofom kullanılmıştır. Çözücü olarak kullanılan kloroform reaksiyon sonrasında ısı ve vakum yardımıyla uzaklaştırılmıştır. Reaksiyon FT-IR cihazı üzerinden takip edilmiştir. FT-IR cihazında 3400 cm-1 bölgesinde poliole ait karakteristik geniş bir pik bulunmaktadır. Denemelerde izosiyanat fazlası kullanılmaktadır. İzosiyanat fazlasının kullanılması nedeniyle reaksiyon başlangıcında polieter poliol ve ketonic reçineye ait karakteristik OH pikinin şiddeti zamanla azalmakta ve tüm OH gruplarının reaksiyona girerek üretan bağı oluşturması ile kaybolmaktadır. Sentezlenen ürünlerin NCO % değerleri otomatik titratör ile ölçülmüştür. Ketonik reçine kullanımı ile NCO % değerinin azaldığı gözlemlenmiştir. Ketonik reçine içerisindeki kil miktarının artması ile de NCO % değerinin düşme eğilimi gösterdiği tespit edilmiştir. Mukavemet değerlerinin ketonik reçine kullanımından nasıl etkilendiği ve mukavemetin zamana bağlı değişimi incelenmiştir. Sonuç olarak ketonik reçine kullanılarak elde edilen poliüretan yapıştırıcıların blank poliüretan yapıştırıcılar ile kıyaslandığında mukavemet değerlerinin yüksek olduğu ve aynı zamanda daha hızlı yapışma özelliği sağladığı tespit edilmiştir. Sentezlenen ürünlerin viskozitelerinin ketonik reçine içerisindeki montmorillonite oranının artmasıyla arttığı tespit edilmiştir. Viskozite artışı istenmeyen bir durumdur ve formülasyona kloroparafin ilavesiyle ürün viskozitesi kabul edilebilir seviyelerde kalmıştır. TGA verileri incelendiğinde ketonik reçine ilavesi ile birlikte ürünün ısı dayanımının arttığı tespit edilmiştir. Ketonik reçine içerisindeki kil miktarının artmasının buna pozitif etkisi bulunduğu analiz sonuçlarından görülmektedir. Bu durumda sıcaklık dayanımı gerektiren uygulamalarda ketonik reçinelerin kullanımı uygun olabilir. DSC analizleri incelendiğinde kürleştikten sonra termoset olan ürünlerin analizi gerçekleştirilen sıcaklık aralığında kararlı olduğu ve bozunmadığı tespit edilmiştir. Buradaki sonuçlar TGA verilerine benzer çıkmıştır. Yapılan denemeler neticesinde ketonik reçinelerin tek komponentli reaktif yapıştırıcılarda kullanımı ile yapışma özelliklerinin ve ısıl dayanımının iyileştiği tespit edilmiştir. Bunun yanısıra ürün viskozitesi dolgu miktarının artmasına paralel olarak artmaktadır. Ancak plastifiyan kullanılan denemelerin sonuçlarının kullanılmayan deneme sonuçlarına viskozite haricinde benzer çıkmış olması bu olumsuz durumun plastifiyan kullanımı ile ortadan kaldırılabileceğini göstermektedir.
Özet (Çeviri)
Polyurethanes were first discovered by Otto Bayer and his colleagues at the end of the 1930s. It was soon learned that polyurethanes could adhere rubber to metal and so polyurethane adhesives containing polyester polyols have been developed rapidly. Many studies have been made to synthesize polyurethane adhesives until today and now it is widely used for bonding many materials such as rubber, plastic, metal, wood, glass and ceramics. Nowadays, polyurethane adhesives have very good hydrolytic stability, excellent low temperature performance as well as cost advantages. Although the performance at high temperatures is not sufficient, the application areas are narrowed to a certain extent, but recent developments are quite encouraging. The one-component reactive polyurethane adhesives subject to study are widely used especially in the furniture sector. One of the most important parameters affecting the productivity of the furniture producers is that the parts joined by bonding are waiting for long time and cannot be subjected to any processing during this period. In this case, the productivity of the production decreases. Ketonic resins are used as a resin in the ink and paint sector in an intensive adhesion. Many successful products that use ketonic resins in this direction are commercially available in our lives. However, their use in polyurethane adhesives has not been the subject to date due to the fact that ketonic resins are more difficult to access than polyols and the costs associated therewith are high. In this study, the effects of cyclohexanone formaldehyde ketonic resin (CFR) with different montmorillonite content on the viscosity, initial adhesion strength and temperature resistance of polyurethane one component adhesives were investigated. Two different blanks were synthesized with NCO/OH ratio 4.84. Polyether polyol and polymeric 4,4'-methylene diphenyl diisocyanate (p-MDI) were used only to synthesize the polyurethane pre-polymer/adhesive blanks. In the first case, plasticizer was used to adjust the viscosity and to reduce the fragile structure of the product. Montmorillonite clay containing (MM-CFR) and not containing CFR are synthesized like blanks with and without plasticizer. CFR and MM-CFR at a rate of 10% by weight of polyether polyol were used. In parallel with the reduction of the amount of polyether polyol used, the ratio of isocyanate groups (NCO) to hydroxyl groups (OH) was 5.38 (CFR and MM-CFR ketonic resins were not involved in calculation). The completion of reaction was followed by FT-IR device. Polyol has a characteristic peak corresponding to OH groups at 3400 cm-1. The peak disappears with the completion of reaction. The NCO % values of the synthesized products were measured with an automatic titrator and this value decreased with the use of CFR and MM-CFR. It has been found that the NCO % value tends to decrease with the increase in the amount of MM clay in the CFR. In fact, it is expected that the NCO % will increase with the increase of the MM clay amount. How the strength values are affected by the use of CFR and MM-CFR and the time-dependent variation of strength were investigated. It was observed that the build-up of green strength and the final strength are both better than blank samples. It was observed that the viscosity of the products synthesized increases in parallel with the increase of the MM ratio and CFR. Viscosity increase is an undesirable situation. The product viscosity remained at acceptable levels with incorporation of chloroparaffine. When TGA data were examined, it was found that the heat resistance of the product increased with the addition of CFR and MM-CFR. The increase in the amount of MM clay in the CFR appears to have a positive effect on the results. In this case, the use of CFR and MM-CFR may be appropriate in applications where temperature resistance is required. When DSC analyzes were examined, it was determined that the products which thermoset after curing were stable and did not decompose at the temperature range in which the analysis was carried out. The results were similar to TGA data. As a result of the experiments, adhesion properties and thermal stability of one component PU adhesives are found to be improved with incorporation of CFR and MM-CFR. In addition, the viscosity build-up of the adhesives with increasing amount of clay content in CFR can be overcome with plasticizer. The results encourage us that CFRs with increasing amount of montmorillonite clay can be a good alternative to improve adhesion properties and thermal stability without viscosity problems.
Benzer Tezler
- Synthesis of flame retardant polyurethane film containing phosphine oxide and nitrogen
Fosfin oksit ve azot içeren yanmazlık katkılı poliüretan film sentezi
HANİFE ELİF GÜRSEL
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM ERSİN SERHATLI
- Synthesis and characterization of phosphine oxide and sulfone containing polyurethanes
Fosfin oksit ve sülfon içeren poliüretanların sentezi ve karakterizasyonu
BETÜL TÜREL
Doktora
İngilizce
2013
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM ERSİN SERHATLI
- New type of f- and p- containing polymeric materials viametal free click reactions
Metalsiz klik tepkimeleri ile flor ve fosfor içeren yeni tippolimerik malzemeler
GÖKHAN SAĞDIÇ
Doktora
İngilizce
2024
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. UFUK SAİM GÜNAY
PROF. DR. EMRAH ÇAKMAKÇI
- Polyurethane modifications via double click reactions
İkili 'Click' reaksiyonları ile poliüretan modifikasyonu
ERHAN DEMİREL
- Dual-curable textile adhesives for cord/rubber applications
Çift-kürlenebilen tekstil yapıştırıcılarının kord kumaş/kauçuk uygulamaları
ZEHRA YILDIZ
Doktora
İngilizce
2017
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HACER AYŞEN ÖNEN