Buzlanmayı önlemek için sıvı emdirilmiş polimer yüzeylerin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of liquid impregnated polymer surfaces for anti-icing
Yazar: ÇİĞDEM YÜCEEL
Danışman: PROF. DR. HÜSNÜ YILDIRIM ERBİL
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Kimya = Chemistry ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Kauçuk = Rubber

Özet:
Yüzey buzlanması uçaklar, gemiler, rüzgâr türbinleri, telekomünikasyon antenleri gibi birçok sistemi olumsuz olarak etkilemektedir. Bu tez çalışmasında, ucuz solvent emdirilmiş kauçuk yüzeylerin buz tutmama özellikleri test edilmiştir. Uygun kauçuk/solvent çifti seçimi için buzlanmanın gerçekleştiği 0°C'nin altında kırılgan olmayan polibutadien kauçuk, doğal kauçuk, kloropren, akrilonitril butadien kauçukları oda sıcaklığında S2Cl2 ile çapraz bağlanarak film halinde kaplamalar yapıldı. Kauçukların emdirilen solventleri buharlaşmadan bünyesinde ne kadar süre tutabildiği saptandı. Sonuç olarak polialfa-olefin ve silikon yağı solventlerini en uzun süre bünyesinde tutabilen kauçuğun CBR olduğu saptandı. Ayrıca CBR kauçuğuna serbest radikalik kopolimerizasyonla Zonyl TA-N florlu-monomeri aşılanarak farklı ıslanabilirlikte hidrofob ve süperhidrofob kauçuk yüzeyler elde edildi. Öte yandan emdirilen sıvı özelliklerinin buz tutmama üzerindeki etkisini incelemek için de hidrojen bağı yapabilen gliserin, formamid ve etilen glikol emdirilmiş selüloz esaslı filtre kâğıdı yüzeyler hazırlandı. Tüm bu yüzeylere ve referans malzeme olarak kullandığımız alüminyum ve Teflon yüzeylere, iklimlendirme kabini içerisinde aşırı soğutulmuş su damlacıkları püskürtülerek ağırlık artışı yöntemiyle buz birikim testleri yapıldı. Ayrıca bunlar üzerinde oluşturulan buz damlasını yüzeyden uzaklaştırabilmek için buz yapışma testleri yapıldı ve su damlasının donma süreleri incelendi.
Yapılan buz birikim denemeleri sonucunda, solvent emmiş veya florlu aşı yapılmış CBR kauçuğunun Teflondan daha iyi sonuç vermediği, ancak gliserin, formamid ve etilen glikol emdirilmiş selüloz esaslı filtre kâğıdı yüzeylerin ise alüminyum yüzeye göre % 42-73 arasında daha az buz birikimine sebep olduğu; ve ayrıca sıvı emdirilmiş yüzeylerin ayrıca buz yapışması kuvveti bakımından en avantajlı olduğu saptandı.


Anahtar Kelimeler: Kauçuk, buzlanmayı önleyici kaplama, solvent emilimi ve tutulması, buz birikimi, buz yapışması, damla donma süresi.

Abstract:
Icing on surfaces adversely affects airplanes, wind turbines and telecommunication systems etc. The surfaces swollen with cheap suitable solvents were tested regarding to their anti-icing properties in this thesis work. To select a suitable polymer/solvent pair, cis-polybutadiene rubber, natural rubber, chloroprene and acrylonitrile butadiene rubber which are non-fragile under 0°C were cross linked with S2Cl2. Then the retention times of various organic solvents on the rubbery coatings were determined. CBR coating surface was found to have the longest retention time for polyalphaolephin and silicone solvents. In addition, CBR rubber was grafted with Zonyl TA-N fluoro-monomer to obtain surfaces with superhydrophobic properties. In order to check the effect of the type of the swelling solvents on the anti-icing properties, cellulose based filter papers were also tested after impregnating glycerine, formamide and ethylene glycol solvents. Ice accumulation tests were performed on these surfaces together with reference surfaces of polytetrafluoroethylene and aluminium. Super-cooled water droplets were sprayed onto the test surfaces in a climatic chamber and weight increase of ice were measured. Ice adhesion force after ice drop formation and droplet freezing times were also determined.
CBR rubber coatings swollen by solvents and CBR grafted with fluoro-monomer did not reduce the ice accumulation in comparison with the PTFE surface. However, cellulose based filter papers impregnated with hydrogen-bonding solvents such as glycerine, formamide and ethylene glycol reduced ice accumulation between 42 and 73%, when compared to the aluminium surface. In addition, the lowest ice-adhesion forces were found on these hydrophilic liquid-infused filter paper surfaces.



Keywords: Rubber, anti-icing coating, liquid-infused surfaces and solvent
retention time, ice accumulation, ice-adhesion force, droplet freezing time