Buzlanmayı önleyici polimer kaplama sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of anti-icing polymer coatings
Yazar: SALİH ÖZBAY
Danışman: PROF. DR. HÜSNÜ YILDIRIM ERBİL
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Kimya = Chemistry ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Buzlanma uçaklar, gemiler, rüzgâr türbinleri, telekomünikasyon antenleri gibi modern yaşamın birçok altyapısını olumsuz olarak etkilemektedir. Bu çalışmada sıvı emdirilmiş kauçuk, PP-elyaf ve selüloz esaslı filtre kâğıdı gibi farklı özelliklere sahip çeşitli yüzeylerin ve ayrıca referans olarak kullanılan alüminyum, PTFE yüzeylerin buz tutmama özellikleri buz birikimi, buz yapışma kuvveti ve damla donma süresi testleri ile karakterize edildi. Hazırlanan tüm yüzeylerin üzerine iklimlendirme kabini içerisinde aşırı soğutulmuş su damlacıkları püskürtülerek, ağırlık artışı yöntemiyle buz birikim testleri yapıldı. SBR kauçuğuna serbest radikalik polimerizasyonla perfloroalkil etil akrilat monomeri aşılandı ve silika partikül ilavesiyle süperhidrofob yüzeyler hazırlandı ve bu yüzeylerin buz tutmama özellikleri karakterize edildi.  Pürüzlü olmayan numunelerin serbest yüzey enerjileri, temas açısı ölçümlerinden hesaplandı ve bu yüzeylerin serbest yüzey enerji değerleri ile buz tutmama özellikleri arasındaki ilişki incelendi. Su denge temas açısı değerlerinin 75°'den 105°'ye kadar artmasına ve serbest yüzey enerji değerinin 39.2 mJ/m2'den 21.8 mJ/m2'ye kadar azalmasına bağlı olarak buz yapışma kuvveti değerleri 1217 kPa değerinden 268 kPa değerine kadar azaldı ve buz oluşum süresi 40 saniyeden 315 saniyeye kadar arttı. Yapılan denemeler sonucunda hidrojen bağı yapabilen gliserin, formamid ve etilen glikol emdirilmiş yüzeyler üzerindeki buz birikim miktarı, diğer solventlerin emdirildiği yüzeyler ve katı referans yüzeylere göre daha düşük bulundu. En az buz birikimine sebep olan gliserin emdirilen filtre kâğıdı yüzeyi, -2°C'de ve benzer şartlar altındaki buz birikimi testine sokulan PTFE yüzeye göre % 64, alüminyum yüzeye göre ise % 70 daha az buz birikimine sebep oldu.

Abstract:
Icing adversely affects airplanes, ships, wind turbines and telecommunication antennas which are infrastructure of the modern life. In this study, we investigated the anti-icing properties of various solvent impregnated rubber, PP-fiber and cellulose based filer paper surfaces and also aluminium and PTFE surfaces which were selected as reference materials by using ice accretion, ice adhesion strength and drop freezing time methods. Supercooled droplets were sprayed in an environmental chamber to determine the weight increase of formed ice on the surface. Superhydrophobic surfaces were prepared with  perfluoroalkyl ethyl acrylate grafted SBR rubber after addition of fumed silica powders. Anti-icing tests were also applied to these superhydrophobic surfaces. Surface free energy values of the reference materials were calculated by using contact angle results, relationship between surface free energy and anti-icing properties of the surfaces was investigated. It was found that ice adhesion strength decreased from 1217 kPa to 268 kPa and ice formation time increased from 40 s to 315 s with increase of equilibrium contact angle from 75° to 105° and with  decrease of surface free energy from 39.2 mJ/m2 to 21.8 mJ/m2. It was found that ice accretion on surfaces impregnated with hydrogen bonding solvents such as glycerine, formamide and ethylene glycol were substantially lower than other solvent impregnated surfaces and solid reference surfaces. The best performance was determined for glycerin impregnated filter paper at -2°C, where ice accretion was 64 % lower than that of reference PTFE and 70 % lower than that of aluminum surfaces.