Sepiyolit/polidimetilsiloksan dispersiyonların elektrik alan indüklenmiş reolojik davranışları üzerine dağılan faz hazırlama yöntemi etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of dispersed phase preparation methods on the induced electric field rheological behaviors of the sepiolite/polydimethylsiloxane dispersions
Yazar: CEYLAN ÇALIŞIR
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖZLEM EROL
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Kimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Bu çalışmada, elektroreolojik (ER) akışkan olarak poli(dimetilsiloksan) (silikon yağı, SO) içinde dağıtılmış anizotropik yapılı sepiyolit dispersiyonun elektrik alan indüklenmiş reolojik davranışları üzerine dağılan faza uygulanan mekanik öğütme ve liyofilizasyon gibi basit yaklaşımların etkisinin incelenmesi ve en etkili yöntemin tespit edilmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla, öncelikle Eskişehir-Sivrihisar yöresine ait ham sepiyolit havanda öğütülmüş, saf su ile ön yıkamadan geçirilmiş (Sep) ve ardından ılımlı asidik koşullar sağlanarak yapısında bulunan safsızlıklar uzaklaştırılmıştır (A-Sep). A-Sep öncelikle liyofilize edilmiş (LA-Sep) ardından bilyalı değirmende öğütülmüştür (GLA-Sep). İşlem görmüş sepiyolit örnekleri FTIR, SEM, XRD, BET ve TGA analizleri ile karakterize edilmiştir. Asit ile işlem sonrası, sepiyolitin kristal ve fiber yapısının korunarak yapısındaki baskın dolomit safsızlığının büyük ölçüde uzaklaştırıldığı ortaya çıkarılmıştır. Liyofilizasyon sonrası A-Sep' de fiber kümelerinin etkin bir şekilde ayrıldığı ve özgül yüzey alanının belirgin bir şekilde arttığı, öğütme sonrasında ise fiber yapının bozularak tanecikli yapıya dönüşürken özgül yüzey alanının azaldığı tespit edilmiştir. Bir seri kütlece yüzde derişimde (% 2,5-10,0) Sep, A-Sep, LA-Sep ve GLA-Sep örneklerin SO'da dağıtılmasıyla dispersiyonları hazırlanmış ve çeşitli elektrik alan altında akış eğrileri belirlenmiştir. Elektrik alan ve derişim artışı ile dispersiyonların akma gerilimlerinde ve viskozitelerinde artışlar gözlenmiştir. Kütlece %10,0 derişimde, en yüksek ve en düşük akma gerilimine sırasıyla LA-Sep/SO ve GLA-Sep/SO dispersiyonunda ulaşılmıştır. Sonuç olarak, tek boyutlu nanoyapı esaslı ER akışkanlar üzerine gelecekte yapılacak çalışmalarda daha iyi ER performans elde etmek için dağıtılan faza öğütme ve liyofilizasyon gibi basit yaklaşımların etkisinin de dikkate alınması gerektiği önerilmektedir.

Abstract:
In this study, it was aimed to investigate the effect of simple approaches applied to the dispersed phase, such as mechanical grinding and lyophilization, on the electric field-induced rheological behaviors of dispersion of anisotropic structured sepiolite dispersed in poly(dimethylsiloxane) (silicon oil, SO) as an electrorheological (ER) fluid and to determine the most effective method. For this purpose, firstly, raw sepiolite from the Eskişehir-Sivrihisar region was ground in a mortar, pre-washed with pure water (Sep), and then the impurities in its structure were removed by providing moderate acidic conditions (A-Sep). The A-Sep was first lyophilized (LA-Sep) and then ground in a ball mill (GLA-Sep). The treated sepiolite samples were characterized by FTIR, SEM, XRD, BET, and TGA analysis. It was revealed that after acid treatment, the crystal and fiber structure of sepiolite was preserved, and the dominant dolomite impurity in its structure was almost removed. After lyophilization, the fiber bundles in A-Sep were effectively separated and the specific surface area was increased significantly, while after ball-milling, the surface area decreased as the fiber structure was broken and turned into a granular structure. The dispersions of Sep, A-Sep, LA-Sep, and GLA-Sep samples dispersed in SO were prepared at a series of mass percentage concentrations (2.5-10.0 wt.%), and their flow curves under various electric field were determined. The yield stresses and viscosities of the dispersions were increased with increasing the electric field and concentration. The highest and lowest yield stress was reached in LA-Sep/SO and GLA-Sep/SO dispersion at a constant 10.0 wt.%, respectively. In addition, the electric field-induced viscoelastic properties of the LA-Sep/SO dispersion were determined. As a result, it is suggested that in future studies on 1D nanostructure-based ER fluids, the effect of simple approaches such as dispersed phase grinding and lyophilization should also be taken into account in order to obtain better ER performance.