Sıvı mermer damlasının florlu polimerlerden kaplama yöntemi ile sentezi ve özelliklerinin incelenmesi
Synthesis of liquid marbles from fluorine containing polymers by coating method and investigation of their properties
Yazar: AYŞEN YÜKSEL
Danışman: PROF. DR. HÜSNÜ YILDIRIM ERBİL
Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü / Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Bilim ve Teknoloji = Science and Technology ; Kimya = Chemistry ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Hidrofobisite = Hydrophobicity ; Temas açısı = Contact angle

Özet:
Katı üzerinde bulunan az miktarda sıvının taşınımı iki fazın birbiriyle temas etmesinden dolayı kolay bir işlem değildir. Sıvı bilyalar (mermer); hidrofobik toz ile kaplanmış hidrofilik sıvı damlalardır. Bunlar katı yüzey üzerinde büyük bir temas açısı verir ve hiçbir sızıntı olmaksızın hızlı bir şekilde hareket edebilir. Böylece bilya içindeki sıvı katı üzerinde kolayca taşınmış olur.Sıvı bilyaların mikro akışkan sistemlerinde, biyokimya, tıp ve kimya bilim alanlarında kullanılabilmesi için gerekli olan özelliklerden biri de yeterli kullanılabilir ömre sahip olmalarıdır. Sıvı bilyaların ömrü, kullanılan ortam şartlarına, damlayı oluşturan sıvının cinsine ve partiküllerin yapısına bağlıdır. Zamanla bilya içindeki sıvı buharlaştıkça, sıvı bilya deformasyona uğrayacak ve sonunda yok olacaktır. Diğer taraftan sıvı damlalarının buharlaşması doğadaki temel olaylardan biridir ve sis, bulut oluşumu gibi doğal proseslerin yanı sıra, püskürtmeli benzin motorları, püskürtmeli yazıcılar ve tarımsal ilaçlama gibi birçok endüstriyel uygulamada önemli rol oynar.Bu çalışmada; sıvı bilya sentezi için hidrofobik toz olarak: saf politetrafloroetilen polimerinden sentezlenmiş mikrotozların yanı sıra, politetrafloroetilen ile polietilen, polipropilen ve parafin karışımı mikro tozlar ve bunların etrafını kapladığı hidrofilik sıvı olarak ise ultra saf su kullanıldı. Oluşturulan sıvı bilyaların ve su damlalarının buharlaşma hızları aynı sabit sıcaklık ve bağıl nem şartları altında belirlendi ve kıyaslandı. Bu amaçla farklı doygun tuz çözeltileri ile bağıl nemi sabitlenmiş hücre ortamı içerisinde su damlası ve sıvı bilyaların buharlaşması video kamera ile görüntülendi. Sıvı bilyaların buharlaşma hızlarının saf suyun buharlaşma hızları ile karşılaştırılabilmesi için buharlaşma direnci ( ? ) eşitliği kullanıldı.Sıvı bilyaların su damlalarına göre daha uzun ömürlü olduğu ve buharlaşma direnci değerlerinin ortamın bağıl neminin artmasıyla arttığı saptandı. Ayrıca su-hava ara yüzeyindeki mikro tozların bariyer etkisinin buharlaşmanın yavaşlamasıyla arttığı gözlendi. Sıvı bilyaların normal atmosferik şartlarda küresel şekilleri bozunmadan kaldığı süreler belirlendi ve bu sürelerin yeterli olması nedeniyle mikrofluidik, genetik analiz, elektromekanik devindirici ve valf alanlarındaki birçok uygulamada kullanılabileceği gösterildi. Son olarak; mikro tozların kimyasal yapılarının sıvı bilya buharlaşma dirençlerine etkisi tartışıldı. PTFE tozlarının PTFE-PP ve PTFE-PE karışımı mikro tozlara kıyasla hem kullanılabilir ömrü hem de buharlaşma direnci daha büyüktür. Partikül büyüklüğü buharlaşma direncine ters orantılı olarak etki etmektedir. PTFE-PE polimer karışımına parafin eklenmesi ile sıvı bilya ömrü ve buharlaşma direnci arttırılabilmektedir.

Abstract:
The transport of a small amount of liquid on a solid is not a simple process because of the contact between the two phases. Liquid marbles are hydrophilic liquid drops encapsulated with a hydrophobic powder. They have usually a very large contact angle on a solid surface and can move rapidly without any leakage. Thus, the liquid in marble was transported easily on solid surface.Owning the sufficient usable life is one of the necessary properties of liquid marbles for using in micro fluidic systems, biochemistry, medicine and chemistry science fields. A life- time of a liquid marble depends on the ambient conditions, the type of liquid used to form droplet and structure of the powder. Liquid marble will deform as the liquid evaporates by time and finally it will vanish. On the other hand, the evaporation of liquid droplets is a fundamental phenomenon in nature and plays a very important role in many complex systems such as cloud and fog formation, fuel injection in motors, inkjet printers and pesticide spray systems.In this work for synthesis of liquid marbles; as well as the micro powders which synthesized from pure polytetrafluoroethylene polymer powder, the blends of polytetrafluoroethylene with polyethylene, polypropylene and paraffin micro powders were used as hydrophobic powder. And ultra pure water which was coated by these powders was used as hydrophilic liquid. Evaporation rate of generated liquid marbles and water droplets determined and compared under same conditions. For this purpose, the evaporation of water droplets and liquid marbles in a closed chamber was monitored by a video camera where the relative humidity is kept constant by using different hygrostat saturated salt solutions. The evaporation resistance equation ( ? ) used for comparison of liquid marbles evaporation rate.It was found that liquid marbles have longer life-time than water droplets and evaporation resistance values were found to increase with the increase of relative humidity of the medium. Also, it was observed that the barrier effect of micro particles at the water-air interface was more effective when water was evaporating slowly. Liquid marbles life-time to retain their spherical shape under normal atmospheric conditions was determined and using them in many applications in microfluidics, genetic analysis, elecromechanical actuator and valve fields due to this property was explained. Lastly, influence of micro powders chemical structure at liquid marbles evaporation resistances discussed. If the PTFE powders comparison with PTFE-PP and PTFE-PE micro powders, both usable lifetime and evaporation resistance is bigger. The particle size of hydrophobic powders affects the evaporation resistance oppositely. Liquid marble life and evaporation resistance can be increased with adding the paraffin in PTFE-PE polymer blend.