Nanokristalin selülozun (CNC) kimyasal modifikasyonu ve nanokompozit malzeme uygulamaları

Abstract

Nanokristalin Selüloz (CNC), düşük maliyette, nano boyutta, yenilenebilir, kolay erişilebilir olması, yüksek yüzey alanına, eşsiz morfolojiye, düşük yoğunluğa, biyo parçalanabirliğe, biyo uyumluluğa sahip olması, kimyasal modifikasyonun kolay olması ve mükemmel mekaniksel özellik göstermesi sebebiyle son yıllarda çeşitli malzemelerde takviye materyalleri olarak kullanımı oldukça yaygınlaşmıştır. Yüksek yüzey alanı, yüzeyler arası aktifliği ile mekanik özellikleri ve yüksek kristaliniteye sahip olmaları nedeniyle selüloz fiberler polimer matrikslere uygulanarak üstün mekanik özelliklere sahip malzemeler hazırlanabilmektedir. CNC esaslı polimerik kompozitler, paketleme, gıda ve ilaç endüstrisi gibi birçok alanda kendine uygulama alanı bulmaktadır. Bu tez çalışmasında öncelikle nanokristalin selülozun kimyasal modifikasyonu gerçekleştirilmiştir ve modifiye edilen nanokristalin selüloz nanokompozit malzeme uygulamalarında kullanılmıştır. Başlangıç maddesi olarak mikrokristalin selüloz ve ham selüloz (linters) kullanılarak sülfürik asit ile hidrolizi yapılmıştır. Kimyasal modifikasyon reaksiyonu sonunda elde edilen CNC' lerin yüzey analizleri SEM ve kristalinitesi ise XRD Spektrometre kullanılarak karakterize edilmiştir. Elde edilen bu nanokristalin selüloz, diizosiyanat (IPDI) ve diol (poli THF) ile muamele edilerek termoset poliüretan filmler hazırlanmıştır. Bu çalışmada, poliüretan çapraz bağlanma reaksiyonu ısıl işlem uygulanarak yapılmıştır. Hidroliz sonrasında elde edilen CNC kullanılarak CNC takviyeli poliüretan nanokompozit malzemeler hazırlanmıştır. Kompozit malzemeler, FTIR, TGA, DSC, Mekanik özellikler ve Su absorplama kapasitesi değerleri ile karakterize edilmiştir. Çalışmanın final kısmında ise linters selülozu kullanılarak iki aşamalı modifikasyon reaksiyonu sonucunda nanonitroselüloz hazırlanmış ve FTIR, SEM VE DSC ölçümleri ile karakterize edilmiştir.

Because of cellulose nanocrystals (CNC) low cost, nano size, renewable, easily accessible, high surface area, unique morphology, low density, biodegratability, biocompatibility, easy to chemical modification, and excellent mechanical properties their various materials as reinforcement materials in recent years use has become quite widespread. Due to their high surface area, inter-surface activity, and mechanical properties and high crystallinity, cellulose fibers can be applied to polymer matrices and thus materials with superior mechanical properties can be prepared. CNC based polymeric composites find their application in many areas such as packaging, food and pharmaceutical industry. In this thesis, chemical modification of nanocrystalline cellulose was firstly carried out and then used in nanocomposite material applications. The starting material was hydrolyzed with sulfuric acid using microcrystalline cellulose and crude cellulose (linters). Thus, two different types of nanocrystalline celluloses were obtained. The surface analysis of CNCs and crystallinity were characterized by SEM and XRD respectively. The resulting nanocrystalline celluloses were treated with diisocyanate (IPDI) and diol (poly THF) were treated and thermoset polyurethane films were prepared. In this study, polyurethane crosslinking reaction was performed by heat treatment. CNC reinforced polyurethane nanocomposite materials were prepared by using CNC ontained after hydrolysis. All composite materials were characterized by FTIR, TGA, DSC, Mechanical Properties and Water Absorption Capacities. In the final part of the study, the nanonitrocellulose was propared by two step chemical modification reactions of Linters cellulose and characterized by FTIR, SEM and DSC measurements.