FBE- Polimer Bilim ve Teknolojisi Lisansüstü Programı

Bu topluluk için Kalıcı Uri

http://hdl.handle.net/11527/166
Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı altında bir lisansüstü programı olup, yüksek lisans ve doktora düzeyinde eğitim vermektedir.

Gözat

Yazar "Akkoyunlu, Sel Didem" ile FBE- Polimer Bilim ve Teknolojisi Lisansüstü Programı'a göz atma
  • Öge
    Polimer Kullanılarak Sentezlenen Mezogözenekli Silika Eldesi Ve Karakterizasyonu
    (Fen Bilimleri Enstitüsü, 2013-09-13) Akkoyunlu, Sel Didem ; Uyanık, Nurseli ; 10003632 ; Polimer Bilim ve Teknolojisi ; Polymer Science and Technology
    Mezopor malzemelerin gözenekleri 2-50 nanometre arasındadır. Mezopor silika malzemeleri 1990 yılında keşfedilmişlerdir. Bu tarihten günümüze kadar kataliz, filtrasyon ve kramotografi alanları dahil olmak üzere birçok potansiyel kullanım alanları bulunmaktadır. Solar enerji sistemleri, buzdolapları, ısı yalıtım sistemleri için kullanılan camlarda süper ısı yalıtım malzemesi olarak da kullanılabilmektedir. Bu nedenle, bu inorganik mezopor malzemeler bilim, teknoloji ve endüstri gibi alanlarda çokça kullanılmaktadır ve bu gözenekli yapı inorganik malzemelerin sürfaktan (yüzey aktif madde) ile reaksiyona girmesiyle sentezlenir. Surfaktan-inorganik kompoziti elde etmek için, kondensasyon boyunca inorganikmalzemeye direkt etki eden noniyonik triblok kopolimerler kullanılır. Bu sentez basamaklarını ikiye ayırmak mümkündür. İlki, polimer-inorganik sistemin polimerin yapısı ile ilgili olarak kendiliğinden oluşması ikincisi ise, silikanın inorganik polimerizasyonudur. Silika kaynağı olarak TEOS kullanılır ve mezoyapının oluşması için surfaktan-inorganiz ara yüzeyinde hidrolize olur. İnorganik malzeme noniyonik triblok kopolimeri çevreler. Termal ya da kimyasal yöntemlerle sürfaktan inorganik malzemeden uzaklaştırılır. Bu sayede gözenekler oluşur. Mezopor silika malzemesi farklı özelliklerde elde edilebilir. Bu özellikler, sentez şartlarının değişmesiyle değişir. Sentez parametreleri; sentez sıcaklığı, asit katalizör ve sürfaktan konsantrasyonu, kurutma yöntemi, direkt etki eden ajanın başka bir deyişle kullanılan polimerin değiştirilmesi olabilir. Amorf silikanın diğer bir avantajı ise sulu çözeltilerde bozunabilmesidir ve bu sayede polimer uzaklaştırıldığında bile malzeme kullanılabilir halde kalmaktadır. Partikül boyutu suyun, noniyonik triblok kopolimerin, asit katalizörün (HCl) ve silika kaynağı olan TEOS miktarının değişmesiyle değişiklik gösterir. Toz oluşumundan sonra, yüksek sıcaklıklarda polimer uzaklaştırılır ve gözenekli partiküller elde edilir. Noniyonik triblok kopolimerler kullanılarak sentezlenen mezopor silika malzemelerinin gözenekli yapısı ve yüksek BET yüzey alanına bağlı olarak düşük ısı iletim katsayısına sahiptirler. Mezopor silikanın ısı yalıtım özelliği, vakum izolasyon panellerinde iç dolgu malzemesi olarak kullanılmasından dolayı çok büyük önem taşımaktadır. Vakum izolasyon panelleri ısı iletimleri çok düşük yalıtım panelleridir. Enerji tüketiminde büyük tasarruf sağlamaktadırlar. Vakum izolasyon panelleri gözenekli yapıya sahip ve açık hücreli yapısı olan iç dolgu malzemesinin zarflanması ile elde edilirler. Bu nedenle, sentezlenen mezopor silika malzemesinin birbiriyle bağlantışı açık hücreli gözenekleri olması gerekmektedir. VİP iç dolgu malzemesi, ortalama partikül boyutuna sahip silika bazlı nangözenekli tozlardan oluşmaktadır. Bu silika bazlı nanogözenekli tozlar düşük ısı iletim katsayısına sahip olduklarından kullanılırlar. Yine iç dolgu malzemesi olarak silika bazlı malzeme ile birlikte SiC radyasyon ile gelen ısı transferini azaltmak için ve bunlara ek olarak cam elyaf mukavemet artırıcı olarak kullanılmaktadır. VİP iç dolgu malzemesi olarak kullanılan mezopor silikanın ortalama partikül boyutuna, yüksek BET yüzey alanına ve açık birbiriyle bağlantılı olan gözenek yapısına sahip olması gerekmektedir. Bu çalışmada, sıcaklık, polimer konsantrasyonu ve pH ile beraber gözenek boyutunun değişimi incelenmiştir. Aynı zamanda bu etkenlerin ısı iletim katsayısını nasıl etkilediği tartışılmıştır. Mezopor silika sentezlenirken; TEOS silika kaynağı, HCl asit katalizörü ve Pluronic F217 ise gözenekliliği sağlayan ajan olarak kullanılmıştır. Sıcaklık 40 ºC?den 80 ºC?ye kadar değiştirilmiş, polimer konsantrasyonu kütlece %0 dan %15 e kadar değiştirilmiş ve pH 1,2?den 4,5?e kadar değiştirilmiştir. Bu sentezler denenerek en uygun özellikler araştırılmıştır. Mezopor silika malzemelerinin BET, FTIR, termal iletim katsayısı ölçümü (TPS-Transient Plane Source yöntemi ile), TGA, XRD ve TEM analizleri yapılmıştır. Ayrıca sentezlenen silikanın özelliklerine benzeyen ısıl işlemden geçirilmiş silika ile üretilen VİP?in ısı iletim katsayısını ölçmek için Termal ısıl iletkenlik cihazı (GHP-Guarded Hot Plane yöntemi ile) kullanılmıştır. pH?ın 1,2 tutulduğu sentezlerde en uygun BET yüzey alanı ve gözenek çapı özellikleri 60 ºC, 7% Pluronic F127 kullanılarak elde edilmiştir. En uygun BET yüzey alanı ve gözenek çapına dışarıdan hazır olarak temin edilen hali hazırda VİP iç dolgu malzemesi olarak kullanılan ısıl işlemden geçirilmiş silikanın BET yüzey alanı ve gözenek çapına bakılarak karar verilmiştir. Kullanılan ısıl işlemden geçirilmiş silika BET yüzey alanı 200 m2/g olup, gözenek çapı da 10 nm?dir. Buna benzer 60 ºC?de, %7 polimer kullanılarak sentezlenen malzemenin BET yüzey alanı 265 m2/g ve gözenek çapı 8,9 nm?dir. Yukarıda bahsedildiği gibi, VİP iç dolgu malzemesi olarak çoğunlukla silika bazlı malzemeler kullanılmaktadır.Bu yüzden, bu çalışmanın ana amacı, VİP dolgu malzemesi olarak kullanılabilecek mezopor silika sentezlemektir. Ancak sentezlenen mezopor silika laboratuvar ölçeklerinde olduğu için, karşılaştırma açısından türüne literatürden yararlanılarak karar verilen ısıl işlemden geçirilmiş silika (fumed silica) kullanılmıştır. Isıl işlemden geçirilmiş silika kullanılmasının nedeni ise, sentezlenen mezopor silikanın ısıl işlemden geçirilmiş silika ile benzer BET yüzey alanına ve atmosfer koşullarında ısıl işlemden geçirilmiş silika ile benzer ısı iletim katsayısına sahip olmasıdır. Mezopor silikanın kimyasal kompozisyonuna ATR-FTIR spektroskopisi kullanılarak karar verilmiştir. Sentezlenen mezopor silikanın kalsinasyon öncesi ve kalsinasyon sonrası durumlarının FTIR?ları çekilmiştir. Kalsinasyon öncesinde alınan sonuçlara bakıldığında adsorpsiyon piklerinin sudan kaynaklı olarak 3334 cm-1 dalga boyunda pik verdiği görülmüştür. Bu bölgede pik vermesinin nedeni sudaki H ve OH bağlarından kaynaklanmaktadır. Ayrıca kalsinasyondan önce mezopor silikanın yapısındaki organik gruplardan kaynaklı C-H, CH2, C-C, Si-CH3, Si-OC2H5, Si-C bağlarına da rastlanmıştır. Bunun nedeni mezopor silikanın yapısında hala polimerin var olmasıdır. Bunlara ek olarak Si-O bağı da 1000-1070 cm-1 dalga boylarında bulunmaktadır. Sentezlenen mezopor silikanın kalsinasyondan sonraki durumlarının FTIR?ları çekildiğinde yapıda SiO4 tetrahedra ve Si-O-Si titreşimleri görülmüştür. Buna bağlı olarak inorganik örnekten kalsinasyon ile polimerin tamamen uzaklaştığı rahatlıkla söylenebilir. ATR-FTIR tüm örneklere uygulanmıştır. Tüm örneklerin kalsinasyondan önce ve sonraki durumları yukarıda anlatılanla aynıdır. Sonuç olarak beklendiği gibi kalsinasyondan önce yapıda C-C, CH, CH2, CH3, C-O, Si-O bağları, kalsinasyondan sonra ise yalnızca Si-O bağı bulunmaktadır. Mezopor silika malzemesinin ısı iletim sonuçları TPS yöntemi ile bulunmuştur. TPS yöntemi, ısı iletim katsayısını, termal difüziviteyi malzemenin birim hacmine düşen spesifik ısıya bağlı, hesaplamak için kullanılır. Sonuçlara bakıldığında, 1,2 pH daki numuneler arasında en düşük ısı iletim katsayısına 52,94 mW/m.K ile 60 0C `de %7 polimer ile sentezlenen örnek sahiptir. Ayrıca çıkan sonuçlara bakıldığında pH 1,2 tutulduğunda, ısı iletim katsayısı polimer konsatrasyonuna bağlı olarak %7?ye kadar düşüş göstermekte, bu değerden sonra ise artmaktadır. pH yaklaşık 2,5 civarı olduğunda en düşük ısı iletim katsayısı %10 polimer varlığında ölçülmüştür. Bu polimer konsantrasyonunda ısı iletim katsayısı yaklaşık 40 mW/m.K bulunmuştur. pH daha da artırıldığında (yaklaşık 4,5) en düşük ısı iletim katsayısı %15 polimer konsantrasyonundadır. (yaklaşık 68,5 civarında). Dolayısıyla ısı iletim katsayısı sonuçlarına bakılarak en uygun sonuca pH 2,5 %10 polimer kullanılarak ulaşıldığı görülmektedir. Sonuçlara bakılarak pH arttıkça ısı iletim katsayısını düşürebilmek için polimer miktarının da artırılması gerektiği sonucuna varılmaktadır. VİP?in ısı iletim katsayısı GHP yöntemi ile ölçülmüş ve değeri 5mW/mK çıkmıştır. Bu nedenle, eğer sentezlenen mezopor silika vakumlanabilirse, düşük bir ısı iletim katsayısına sahip olacaktır. Mezopor silikanın TGA analizi kütle kaybını görmek için yapılmıştır. Tüm örnekler ilk kütle kaybını 400 0C den sonra göstermektedir. Bunun nedeni ise polimerinin dekompozisyonudur. TGA sonuçlarına bakıldığında, polimer konsantrasyonu arttıkça kütle kaybı da artmaktadır. Tüm numunelerin ölçümleri kuru ağırlıkları göz önüne alınarak yapılmıştır. XRD analizi mezopor yapının amorf ya da kristalin olduğunu görmek için yapılmıştır. Kristalin silikanın insan sağlığı için çok zararlı etkileri bulunmaktadır. Bu nedenden ötürü sentezlenen silikanın kesinlikle amorf olması gerekmektedir. XRD sonuçları incelendiğinde kalsinasyondan sonra mezopor silikanın amorf yapıda olduğu gözlemlenmiştir. Sentezlenen mezopor silika malzemesi kristalin formunda verdiği gibi keskin pikler vermediğinden yapının amorf olduğu sonucuna varılmıştır. TEM analizi partikülleri, partiküllerin morfolojisini ve gözenek yapısını incelemek için yapılmıştır. TEM sonuçları incelendiğinde, polimerik misellerden dolayı küresel gözeneklerin oluştuğu görülmüştür. Gözenek yapısı ve bu gözeneklerin bağlantılıarı polimer miktarına bağlı olarak artmıştır. Ayrıca TEM analizlerine ek olarak yapılan EDS analizinde de sentezlenen malzemenin kimyasal kompozisyonuna bakılmıştır. Buna göre sentezlenen mezorpor malzemede yüksek oranda Si (65.6%) ve O (34.4%) bulunmaktadır.