Çok duvarlı karbon nanotüp ve karbon nano duvar ile güçlendirilmiş fenolik köpüklerin mekanik özelliklerinin belirlenmesi
Determination of mechanical properties of phenolic foams (PF) rei̇nforced with multi-walled carbon nanotube (mwcnt) and carbon nano wall (CNW)
Yazar: MEHMET SİNAN BÜYÜKBAYRAM
Danışman: PROF. DR. BİLGEHAN GÜZEL
Çukurova Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Bu çalışmada, inşaat sektöründe izolasyon amacıyla kullanılan ancak mekanik özelliklerinin zayıf olası nedeniyle kullanımı sınırlı olan fenolik köpüklerin, farklı katkı maddeleriyle modifiye edilerek mekanik özellikleri geliştirilmiş ve kompozit yapıda izolasyon malzemesi geliştirilmesi amaçlanmıştır.  Bu doğrultuda, fiziksel mukavemeti arttırmak amacıyla karbon nano duvar ve çok duvarlı karbon nanotüpün farklı oranlarda karışımları kullanılarak hazırlanan kompozit fenolik köpüklerde katkıların fiziksel dayanım üzerine etkileri incelenmiştir. Çalışmada fenol ve formaldehit fenolik köpüğün oluşturulmasında, katalizör, sertleştirici ajan, şişirici ajan ve yüzey aktif madde olarak sırasıyla fenol sülfonik asit, n-pentan n-heksan ve Castor oil ana malzemeler olarak kullanılmıştır. Fenolik köpük üretiminde güçlendirici katkı malzemesi olarak karbon nano duvar ve çok duvarlı karbon nano tüp kullanılmış olup, katkılama reçineye sentez sırasında ve sonrasında eklenerek proses farkı incelenmiştir. Geliştirilen kompozit ürünün yüzey morfolojisi, taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile incelenmiş, elde edilen görüntülerin hücre duvar kalınlığının 47,38 µm açık gözenekli yapılarında bulunduğu kapalı gözenekli yapıların çoğunlukta olduğunu ve katkı maddelerinin homojen şekilde dağıldığı görülmüştür. Ayrıca karbon nano duvar ve çok duvarlı karbon nanotüp ile katkılanmış fenolik köpük ve katkılanmamış fenolik köpüğün mukavemet özellikleri kıyaslandığında, katkılı fenolik köpüğün (PF) basma-çekme değerlerinde artış olduğu görülmüştür. Köpük üretiminde fenolik reçine ve polieter polyol asit katalizli ortamda karıştırılarak hazırlanmıştır. Çalışmalar sonucunda karbonanotüp ve karbon nanotüp/nanoduvar karışımlarının, fenolik köpüğün ve karbon nanoduvar modifiyeli fenolik reçine kullanılarak hazırlanan malzemelerde, fiziksel dayanımında % 250-350 oranında artış olduğu belirlenmiştir. Ayrıca SEM ile yapılan yüzey karakterizasyon çalışmalarında hücre iç ve dış çeper kalınlıklarının sırasıyla % 30-40 civarında artış olduğu görülüştür.

Abstract:
In this study, the aimed to develop an insulation material in composite structure by modifying phenolic foams, which are used for insulation purposes in the construction industry, but are limited due to their weak mechanical properties, by modifying them with different additives.In this direction, the effects of additives on physical strength were investigated in composite phenolic foams prepared by using mixtures of carbon nano-wall and multi-walled carbon nanotube in different proportions in order to increase physical strength. Although the main materials used in the study are phenol-formaldehyde, phenol sulfonic acid, n-pentane, n-hexane as catalyst, curing agent, blowing agent and surfactant respectively, in the formation of phenolic foam and Castor oil were used. In the production of phenolic foam, carbon nano-wall and multi-walled carbon nano tube were used as reinforcing additives, and the process difference was examined by adding the doping resin to the resin during and after the synthesis.  In this study, carbon nano wall (CNW) was used for the first time in PF production to increase physical strength.  The surface morphology of the developed composite product was examined by scanning electron microscopy (SEM), and it was observed that closed porous structures with cell wall thickness of 47.38 µm in open-pore structures were predominant and the additives were homogeneously distributed. In addition, when compared with carbon-nano wall and multi walled carbon nanotube with doped phenolic foam and none doped phenolic foam 's strenght specifications, it was observed that the compression-tensile value of the doped phenolic foam (PF) increased. It is prepared by mixing phenolic resin and polyether polyol acid catalyzed environment in foam production.  As a result of the studies, in the experiments prepared using carbonanotube and carbon nanotube / nanowire mixtures, phenolic foam and carbon nano wall modified phenolic resin, increases of 250-350% of the physical strength were determined.  Finaly, in surface characterization studies performed with scanning electron microscopy (SEM), it was observed that the cell inner and outer wall thicknesses increased by 30-40%, respectively.