Structure-property relationship in urea-formaldehyde resins: effect of methylene/ether bridge ratio and alkyl-substituted urea content on the performance of wood composites
Üre-formaldehit reçinelerinde yapı-özellik ilişkileri: metilen/eter köprüsü oranı ve alkil-substitüe üre içeriğinin ahşap kompozit performansı üzerindeki etkisi
- Tez No: 967808
- Danışmanlar: ASSOC. PROF. DR. BEKİR DIZMAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Polimer Bilim ve Teknolojisi, Kimya, Polymer Science and Technology, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: MDF, Melamin formaldehit, Medium density fiberboard, Melamine formaldehyde
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Son yıllarda, küresel sürdürülebilirlik avantajları ile iyi yüzey sertliği ve boyutsal kararlılık özellikleri sayesinde, ahşap esaslı kompozit malzemeler; yapısal uygulamalar (inşaat ve mimarlık), endüstriyel uygulamalar (kalıplar ve paletler), mobilya ve iç mekân tasarımı gibi çeşitli alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu kompozitler, lignoselülozik ahşap lifleri veya parçacıklarının uygun bir reçine veya bağlayıcı ile birleştirilip sıcak pres sistemi ile sıkıştırılmasıyla üretilmektedir. Üre-formaldehit (UF) reçinesi; kolay üretimi, düşük maliyeti, iyi yapışma özellikleri ve kürlenme sürecindeki esnekliği nedeniyle, yonga levha ve orta yoğunluklu lif levha (MDF) gibi ahşap esaslı kompozitlerin üretiminde en yaygın kullanılan bağlayıcılardan biridir. UF reçinesinin ahşap kompozit üretiminde kullanımının çeşitli avantajları bulunmakla birlikte, bu reçineye dayalı kompozitler düşük nem direnci ve formaldehit emisyonu gibi önemli dezavantajlara sahiptir. Düşük nem direnci nedeniyle UF reçinesi ile bağlanmış ahşap kompozitler dış ortam koşullarında kullanılamamakta, ayrıca UF reçinesinin kondenzasyon reaksiyonlarının geri dönüşümlü doğası nedeniyle zamanla formaldehit salımı gerçekleşmektedir. Bu durum, UF esaslı kompozitlerin yaygın kullanımını önemli ölçüde kısıtlamaktadır. Bu bağlamda, UF reaksiyon mekanizmasının ve ara ürün oluşum koşullarının kapsamlı bir şekilde anlaşılması ile birlikte, reçine sentez sürecinin ve çapraz bağ yapısının modifikasyonu, söz konusu problemlerin giderilmesi açısından büyük önem taşımaktadır. Bu özel yaklaşım, bugüne kadar literatürde derinlemesine incelenmemiş olup, ileri düzeyde bilimsel araştırmalar için önemli bir fırsat sunmaktadır. Bu tez kapsamında, pH, süre, sıcaklık ve üre ile formaldehitin eklenme sırasının UF reçinesinin yapısına etkilerini araştırmak amacıyla sekiz farklı UF reçine sentezi gerçekleştirilmiştir. Nihai çapraz bağ yapısını tanımlayan metilen ve eter köprüsü oranları, tüm sentez işlemleri için hesaplanmıştır. Ayrıca, alkil-substitüe üre model bileşikleri (1,1-dimetilüre ve 1,3-dimetilüre), orijinal ürenin %5 ve %10'u oranında UF reçinesine dâhil edilmiştir. Birinci bölümde, UF reçinesi ve ahşap kompozitlerin geçmişi ve gelişimi, UF reaksiyonunun detaylı mekanizması ve literatürde daha önce incelenmiş bazı modifikasyon stratejileri sunulmuştur. İkinci bölümde, bir UF ve bir melamin-üre-formaldehit (MUF) reçine sentezi referans sistem olarak belirlenmiş ve bu sistemler FTIR, NMR, DSC ve Reoloji analizleriyle kapsamlı bir şekilde karakterize edilmiştir. Ardından, metilen köprüsü oluşumunu artırmaya yönelik olarak reaksiyon parametrelerinin sistematik modifikasyonu ile tasarlanan sekiz farklı UF sentez yöntemi detaylı olarak açıklanmıştır. Metilen ve eter köprüsü oranları NMR spektroskopisi ile hesaplanmış ve levha performans testleri değerlendirilmiştir. Üçüncü bölümde, üre model bileşiklerinin reçine sistemine katılmasının metilen ve eter köprüsü oranlarına ve levha performansına etkisi analiz edilmiştir. Son bölümde ise araştırma sonuçları ve bu sonuçların olası etkileri özetlenmiştir.
Özet (Çeviri)
In recent decades, wood-based composite materials, owing to their global sustainability advantages and good surface hardness and dimensional properties, have been utilized in various fields, such as structural applications (construction and architecture), industrial applications (molds and pallets), furniture, and interior design. Wood composites are fabricated by combining and compressing lignocellulosic wood fibers or particles with a suitable resin or binder using a hot press system. Urea-formaldehyde (UF) resin is one of the most popular binders for fabricating wood-based composites, including particleboard and medium-density fiberboard, because of its easy production, low cost, good adhesion properties, and flexibility in the curing process. Although there are several benefits of using UF resin in fabricating wood composites, UF resin-based wood composites exhibit low moisture resistance and formaldehyde emission. Due to their low moisture resistance, UF-bonded wood composites cannot be used in outdoor environments. The gradual formaldehyde emission from the wood composites, attributable to the reversibility of condensation reactions of the UF resin, makes the widespread utilization of UF-bonded wood composites more challenging. Therefore, strategic modifications to its synthesis and crosslinking structure are essential for improving performance, an area that remains underexplored and warrants further research. In this thesis, eight different UF resin synthesis processes were conducted to investigate the effects of changing the pH, time, temperature, and order of urea and formaldehyde addition on the structure of the UF resin. The methylene and the ether bridge ratio that define the final crosslinking structure were calculated for all synthesis procedures. Additionally, alkyl-substituted urea model compounds (1,1-dimethylurea and 1,3-dimethylurea) were incorporated with the UF resin at 5% and 10% of the original urea. In the first chapter, an introduction was provided to the background and development of UF resin and wood composites, as well as the detailed mechanism of the UF reaction and some modification strategies already explored in the literature. In the second chapter, one UF and one melamine urea formaldehyde (MUF) resin synthesis process were established as reference systems and comprehensively characterized using FTIR, NMR, DSC, and Rheology tests. Then, seven different UF synthesis processes were described, and each was specifically designed to enhance methylene bridge formation through systematic modification of reaction parameters. The methylene and ether bridge ratio was calculated using NMR spectroscopy, and the performance of board tests was also analyzed. In the third chapter, the impact of the incorporation of urea model compound was evaluated in terms of methylene and ether bridge ratio and board performance tests. In the final chapter, the research results and implications were summarized.
Benzer Tezler
- Doğuştan kalça çıkıklı hastalarda kalça patolojilerinin bilgisayarlı tomografi ile değerlendirilmesi
Başlık çevirisi yok
NECDET ŞÜKRÜ ALTUN
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
1987
Ortopedi ve TravmatolojiGazi ÜniversitesiOrtopedi ve Travmatoloji Ana Bilim Dalı
PROF.DR. ORHAN ASLANOĞLU
- Kuyruk modelleri ve analizi üzerine bir uygulama
Başlık çevirisi yok
DİDEM ÖZPULAT
Yüksek Lisans
Türkçe
1985
İstatistikEge ÜniversitesiBilgisayar Bilimleri ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FİKRET İKİZ
- Dokuma kumaşlarda örgü tipinin ham kumaşın boyutları ve geometrik özellikleri üzerindeki etkilerinin araştırılması
Başlık çevirisi yok
EMEL ÖNDER
Yüksek Lisans
Türkçe
1985
Tekstil ve Tekstil MühendisliğiEge ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÜNGÖR BAŞER
- Vecihi Bey'in hikayelerinde fiktif yapı
Başlık çevirisi yok
MEHMET ÖNAL
Yüksek Lisans
Türkçe
1985
Türk Dili ve EdebiyatıGazi ÜniversitesiTürk Dili ve Edebiyatı Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SADIK TURAL
- Plazma arkı eldesi ve yüzey bölgesi modifikasyonunda kullanılabilirliği
Başlık çevirisi yok
ÖZKAN ÖZİPEKLİLER
Yüksek Lisans
Türkçe
1986
Makine MühendisliğiUludağ ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HALİM DEMİRCİ