Granül ve hidrofobik film yapılı piroteknik/termit malzeme sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of granular and hydrophobic film structure of pyrotechnic/thermite materials
Yazar: HAZAL KAMAL
Danışman: DOÇ. DR. FATOŞ ÇİĞDEM KİP
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Film = Film ; Granül = Granule ; Hidrofobik özellik = Hydrophobic property ; Piroteknik maddeler = Pyrotechnics

Özet:
Tez kapsamında, film ve granül yapılı piroteknik malzemelerin geliştirilmesi ve karakterizasyon testlerinin gerçekleştirilmesi amaçlanmıştır. Piroteknik malzemeler, patlayıcı ve yakıt gibi diğer enerjik malzemelere kıyasla daha hızlı tutuşabilen bu nedenle darbe, sürtünme gibi dış etmenlere karşı hassas olan yanıcı ve parlayıcı malzemelerdir.
Tez çalışmasında, yakıt olarak adlandırılan Alüminyum metali ve Bor yarı-metali kullanılmış, oksitleyici olarak Bakır (II) Oksit (CuO), Demir (III) Oksit (Fe2O3) ve Molibden Trioksit (MoO3) metal oksitleri seçilmiştir. Film yapılı piroteknik malzemelerin hazırlanmasında, termal ve kimyasal kararlılığı yüksek aynı zamanda reaktif ve hidrofobik özellik gösteren bir bağlayıcı olan Poliviniliden Florür (PVDF) kullanılmıştır.  
Elde edilen sonuçlara bakıldığında, PVDF bağlayıcısının reaktif özelliği sayesinde, film yapılı piroteknik malzemelerin, granül yapılı piroteknik malzemelere kıyasla 100-250 ºC daha erken tutuştukları görülmüştür. Denklik oranı stokiyometrik orana yaklaştıkça termit reaksiyonların veriminin arttığı ve buna bağlı olarak katı ürün çıktılarının 1.65 ila 4.4 kat arasında arttığı belirlenmiştir. Farklı oksitleyiciler ve yakıtlar, farklı denklik oranları (1.5 ile 12.5 aralığında) ve PVDF bağlayıcısı kullanılarak hazırlanan film ve granül yapılı piroteknik malzemelerin kalorifik değerleri tüm bu parametrelere göre değerlendirilmiştir. Denklik oranının kalorifik değer üzerinde etkili bir parametre olduğu ve elde edilen değerlerin 438-1008 cal/g aralığında ölçüldüğü görülmüştür. Hazırlanan film yapıların ortam nemine karşı dayanıklı olduklarını (hidrofobik) göstermek amacıyla, PVDF için statik temas açısı testi yapılmış ve bu sonuca göre film yapıların da hidrofobik olduğu değerlendirilmiştir.

Anahtar Kelimeler: Piroteknik/Termit Malzemeler, Hidrofobik, Film/Granül Yapılar, Kalorifik Değer, PVDF, Denklik Oranı

Abstract:
The aim of this thesis is to develop and characterization of granular and film pyrotechnics materials. Pyrotechnic materials are flammable which can ignite faster than other energetic material such as explosive and propellant and therefore they are highly sensitive to external effects (friction, impact etc).
In this study, Aluminium metal and Boron semi-metal were used as fuel and different metal oxides (Copper (II) Oxide, Iron (III) Oxide and Molybdenum Oxide) were used as oxidizer in all pyrotechnic mixing. Polyvinylidene Fluoride (PVDF) was used that has good thermal and chemical stability and also high hydrophocity level as binder. 
The result showed that the film pyrotechnic materials ignited 100-250 ºC earlier than the granular pyrotechnics due to PVDF's reactive structure. It was determined the solid burned product of granular pyrotechnics depending on their equvailence ratio and it was observed that as the equivalence ratio come close to stoichiometry, thermite reactions are more efficient and accordingly the solid burned product value increases between 1.65 and 4.4 times. The calorific value of all pyrotechnic mixtures were measured from 438 to 1008 cal/g depending on various oxidizer and fuel type, different equivalence ratio (from 1.5 to 12.5) and binder effect. It was seen that equivalence ratio is more affected on calorific value of pyrotechnics. Static contact angle test was performed for PVDF binder and according to this result, it was shown that the film pyrotechnics are hydrophobic.

Keywords: Pyrotechnic/Thermite Material, Hydrophobic, Film/Granular Materials, Calorific Value, PVDF, Equivalence Ratio