Sert poliüretan köpüklerin ısıl yalıtım özelliğine yüzey modifikasyonu uygulanmış selüloz nano kristallerin etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of surface-modified cellulose nanocrystals on the thermal insulation properties of rigid polyurethane foams
Yazar: OĞULER SAZCI
Danışman: PROF. DR. AFİFE BİNNAZ HAZAR ; DR. ÖĞR. ÜYESİ ÇAĞATAY ELİBOL
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Nanokompozitler = Nanocomposites ; Nanokristaller = Nanocrystals ; Poliüretan köpük = Polyurethane foam ; Selüloz = Cellulose ; Termal iletkenlik = Thermal conductivity ; Yüzey modifikasyonu = Surface modification

Özet:
Sunulan çalışmada; çekirdeklenmeyi arttırıcı ajan kullanımı ile sert poliüretan köpüklerin (SPK) ısıl iletim katsayısının düşürülmesi sağlanmıştır. Köpük içerisindeki hücre boyutunun düşürülmesi ve dolayısı ile ışınım ile ısıl iletimin azaltılması sonucunda SPK'ların toplam ısıl iletim katsayısı düşürülmüştür. Bu amaçla çekirdeklenmeyi arttırıcı katkı olarak selüloz nanokristaller (SNK) kullanılmıştır. Kompozit köpük üretimi sırasında katkı ve matris ara yüzey uyumunun arttırılması için SPK'larda yaygın olarak kullanılan yüzey aktif maddeye benzer özellikli polimetilhidrosiloksan (PMHS) kullanılarak SNK yüzeylerine modifikasyon uygulanmıştır. Hızlı ve düşük maliyetli bu yüzey modifikasyonu ile, SNK'ların su ile yüzey temas açısı yaklaşık 21°'den 136°'ye çıkarılarak hidrofobiklik kazandırılmıştır. Buna ek olarak, modifiye edilmemiş SNK ile modifiye SNK'ların termal özellikleri DSC, DT/TGA; kimyasal özellikleri ise FT-IR, Raman ve XPS; kristallik derecesi ise XRD analizleri ile belirlenmiştir. Literatürdeki eksiklikler göz önüne alınarak yapılan bu karakterizasyon çalışmaları ile, PMHS kullanılarak SNK yüzeylerine uygulanan silanlama işleminin selülozun kimyasal yapısına etkisi incelenmiştir. Son olarak modifiye ve ham SNK yapılar; %0,5, %1, %1,5, %2 ve %2,5 oranlarında poliol içerisine katılmış ve kompozit sert poliüretan köpükler üretilmiştir. Üretilen bu köpüklerin termal iletkenlik ölçümleri, hücre boyutu ve yoğunluk analizleri yapılmıştır. Hem ham SNK hem de modifiye SNK yapıların ısıl iletkenlik katsayısında düşüş sağlanmıştır. Silanlanmış SNK yapının, arttırılmış ara yüzey uyumu neticesinde ısıl yalıtımı daha fazla arttırması ve aynı zamanda poliol ile karıştırıldığında viskoziteyi daha az yükseltmesi sebebiyle ham SNK'ya göre daha performanslı olduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
In this study; The thermal conductivity coefficient of rigid polyurethane foams (SPK) has been reduced by the use of nucleation enhancing agent. As a result of reducing the cell size in the foam and thus reducing the thermal conductivity by radiation, the overall thermal conductivity of the CMBs was reduced. For this purpose, cellulose nanocrystals (SNK) were used as nucleation-enhancing additives. During the production of composite foams, SNK surfaces were modified by using polymethyl-hydro siloxane (PMHS), which is similar to the surfactant commonly used in SPKs, to increase the additive and matrix interfacial compatibility. With this fast and low-cost surface modification, the surface contact angle of SNKs with water was increased from approximately 21° to 136°, thereby providing hydrophobicity. In addition, the thermal properties of unmodified SNK and modified SNKs are DSC, DT/TGA; chemical properties are FT-IR, Raman, and XPS; The degree of crystallinity was determined by XRD analysis. With these characterization studies, taking into account the deficiencies in the literature, the effect of silanization applied on SNK surfaces using PMHS on the chemical structure of cellulose was investigated. Finally, modified and unmodified SNK structures; 0.5%, 1%, 1.5%, 2%, and 2.5% were added to polyol and rigid polyurethane foams were produced. Thermal conductivity measurements and cell size analyzes of these foams were made. The thermal conductivity coefficient of both unmodified SNK and modified SNK structures decreased. It has been determined that the silanized SNK structure is more performant than the raw SNK, as it increases the thermal insulation more as a result of the increased interface compatibility and at the same time increases the viscosity less when mixed with polyol.