| | 
| The preparation of linseed oil fatty acid modified polystyrene / Keten yağı asiti ile modifiye edilmiş polistiren eldesi
Yazar:ÖZGÜN UÇAK
Danışman: PROF. AHMET TUNCER ERCİYES
Yer Bilgisi: İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Konu:Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: | Onaylandı
Yüksek Lisans
İngilizce
69 s. | Bitkisel yağlar uzun süredir düşük maliyetli olması, kolay ulaşılabilir olması, yenilenebilir olması gibi pek çok nedenden dolayı polimer üretiminde kullanılmaktadır. Yağların, polimer modifikasyonlarında kullanılmasıyla ilgili pek çok çalışma yapılmaktadır. En çok kullanılan yağlar; ayçiçek, hindistan cevizi, pamuk, keten ve soyadır. Trigliserit yağlar; kuruyan, kurumayan ve yarı kuruyan olarak sınıflandırılırlar. Kuruma özelliği yağ asiti içeriğiyle ilgilidir. Sabunlaşma reaksiyonu sonucu oluşan sabun çözeltisinin sülfat asiti ile muamele edilmesi sonucu yağ asitleri elde edilir. Yüzey kaplama malzemesi olarak kullanılmaları için modifikasyonlara ihtiyaç duyulmaktadır. Pek çok makalede yağ asitleriyle yapılmış çalışmalar yer almaktadır [3]. Polistirenler; transparan, sert, hafif, suya dayanıklı, alkali kimyasallara ve asite karşı dayanıklı olmasının yanı sıra oldukça kırılgandırlar. Polistirenler kırılgan özellikte olmaları dolayısıyla modifikasyona uğramadıkları sürece kaplama malzemesi olarak kullanılamamaktadırlar. Bu nedenle, kırılganlık özelliklerinin giderilmesi ve kaplama malzemesi olarak kullanılabilmeleri için polistiren zincirine yağ asiti takılması hedeflenmiştir. Bu çalışmada, öncelikle kuruma özelliğine sahip yüksek iyot değerli () keten yağından, sabunlaşma reaksiyonu sabun çözeltisi elde edilmiştir. Daha sonra elde edilen bu sabun çözeltisi, sülfat asiti varlığında asite dönüştürülmüş ve keten yağı asitleri elde edilmiştir. Bir sonraki aşamada, CMS ve St monomerleri kullanılarak BPO ve TEMPO varlığında NMRP yöntemi ile P(St-co-CMS)1 ve P(St-co-CMS)2 kopolimerleri sentezlenmiştir. Elde edilen P(St-coCMS)1 ve P(St-co-CMS)2 kopolimerlerinin molekül ağırlıkları sırasıyla g/mol ve g/mol, polidispersiteleri ise ve olarak GPC vasıtasıyla tayin edilmiştir. 1H-NMR spektrumu ile kopolimer zincirindeki CMS ve St aromatik protonlarına ait olan ve ppm arasındaki toplam pik alanı ile ppm deki CH2-Cl grup protonlarına ait olan pikin alanları hesaplanmıştır. 1 mol polimer zincirinin içerdiği CH2-Cl grup sayısı; GPC, Denklem ,, ve 1H-NMR analiz sonucları kullanılarak P(St-co-CMS)1 ve P(St-co-CMS)2 için sırasıyla mol ve mol olarak hesaplanmıştır. Reaksiyon başlangıcında ve bitişinde FT-IR analizleri yapılmış ve karakteristik pikler teyit edilmiştir. Çalışmanın sonraki adımında, P(St-co-CMS)2 kopolimerinin keten yağı asitiyle modifikasyonu gerçekleştirilmiştir. 1 mol kopolimer zinciri üzerindeki mol klorometil fonksiyonel grubunun tamamını asit grubu ile bağlamak için reaksiyona girecek yağ asiti ve potasyum karbonat ekivalent miktarları hesaplanmış olup nitrojen atmosferi altında 70°C' de modifikasyon reaksiyonu gerçekleştirilmiştir. Oluşan ürünün esneklik[4] ve kuruma süresi[5] ASTM standartlarına göre tayin edilmiştir. xxii P(St-co-CMS)2-FA kaplama endüstrisi için gelecek vaadeden malzeme olmasına rağmen elde edilen ürün yeterli esneklik özelliği gösterememiştir. Dolayısıyla, film özelliklerinin iyileştirilmesi için esneklik özelliği kazandıran birimlerin arttırılması gerektiği sonucuna varılmıştır. Bu amaçla, serbest radikal polimerizasyonu ve nitroksit ortamlı radikal polimerizasyonu yöntemleri ile farklı molekül ağırlıklarında ve farklı polidispersite değerlerine sahip PCMS1, PCMS2, PCMS3, PCMS4 homopolimerleri sentezlenmiştir. Serbest radikal polimerizasyonu ile elde edilen PCMS1 ve PCMS2 polimerlerinin molekül ağırlıkları saat sonunda g/mol ve 4 saat sonunda g/mol olarak, polidispersiteleri ise ve olarak GPC ile tayin edilmiştir. Ayrıca 1 mol polimer zincirindeki klorometil fonksiyonel grubu sayıları da mol ve mol olarak hesaplanmıştır. Üretilen yüksek molekül ağırlıklı bu polimerlerin klorometil fonksiyonel gruplarının yalnızca %40'ına ve %20'sine keten yağı asiti bağlanılması denenmiş olup, modifikasyon reaksiyonunda jelleşme gözlendiği için ürün elde edilememiştir. Sonuçta; büyük molekül ağırlıklı ve çok miktarda klorometil fonksiyonel gruplarına sahip olan polimerler kullanıldığında jelleşme kaçınılmaz olmuştur. Bundan dolayı, yoğun oluşan çapraz bağlanmayı engellemek amacıyla molekül ağırlığı kontrolünün sağlanamadığı serbest radikal polimerizasyonu yerine; düşük molekül ağırlıklı, düşük polidispersiteli polimer üretimine olanak veren nitroksit ortamlı radikal polimerizasyonu yöntemi kullanılarak PCMS3 ve PCMS4 polimerleri sentezlenmiştir. Oluşan PCMS3 ve PCMS4 polimerlerinin molekül ağırlıkları g/mol ve g/mol olarak GPC ile saptanmıştır. 1 mol polimer zincirinin içerdiği CMS birim sayısı 60 mol ve 44 mol olarak hesaplanmıştır. FRP yöntemi ile üretilen polimerlerin molekül ağırlıklarına kıyasla NMRP ile sentezlenen polimerlerin molekül ağırlıkları düşük olmasına rağmen, yağ asiti ile substitution reaksiyonu sonucu ürün yine oluşamamış ve çapraz bağlanma oluşumu gözlenmiştir. | Vegetable oils are raw material resources that enable to synthesize polymers in oil based organic coating industry. However, oils could not be used without modification for coating purposes. Linseed oil has an iodine value in the region that is a good choice for modification of polystyrene polymers because of its naturally drying capacity. Because of brittle characteristic of polystyrenes, they could not be used in coating applications. However they could form adhesive, tough films when modificated with vegetable oils []. On the other hand, benzyl chloride bonds of 4-chloromethyl styrene (CMS) are made nucleophilic substitutions possible. In this thesis, the aim is to eliminate the fragility character of polystyrene by the way of modification via linseed oil fatty acid for being used as a coating material in industry. For this purpose, first of all, linseed oil fatty acid (FA) mixture was prepared by saponification reaction. Linseed oil was boiled with 10% KOH solution then, obtained soap mixture was turned into fatty acid mixture by acidulation with sulfate acid solution. In the next step, polymer of Styrene-coChloromethyl Styrene [P(St-co-CMS)] was synthesized by using Nitroxide Mediated Radical Polymerization (NMRP) method to control polymerization process and to obtain narrow molecular weight distributions. The molecular weights and polydispersities of the copolymers were identified by Gel Permeation Chromatography (GPC). The number of functional chloromethyl groups (CH2-Cl) were calculated by using the results of Nuclear Resonance Spectroscopy (1H-NMR) and GPC. According to results of the characterization studies (1H-NMR, GPC), number of 4-CMS units in each copolymer chain were calculated as mole and mole for P(St-co-CMS)1 and P(St-co-CMS)2, respectively. In the step of modification with FA, nucleophilic substitution reaction was achieved having regard to the number of functional CH2-Cl groups in 1 mole P(St-co-CMS)2 chain. FA attached to the P(St-co-CMS)2 backbone by substitution reaction. The reaction was achieved between chloro group and acid group in the presence of K2CO3. For the characterization studies GPC, 1H-NMR and Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR) were applied. The film properties of the samples were specified according to ASTM standarts. Although P(St-co-CMS)2-FA appears to be a feebleness material for coating, to decrease the fragility, polymer of CMS (PCMS) was synthesized. But, modification products with PCMS was not formed since gelation occurred due to the high molecular weight and high chlorine group numbers. | 