Silika içerikli aerojelin sol-jel yöntemi ile sentezlenmesi ve mimari yapı malzemesinin performansının geliştirilmesi
Synthesising silica aerogel by sol-gel method and devoloping the performance of architectural building material
Yazar: TUBA ARKAN DEMİRÖRS
Danışman: PROF. DR. KERİM ÇINAR
KTO Karatay Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Mimarlık Ana Bilim Dalı / Mimarlık Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Mimarlık = Architecture
Dizin: Mimari yapı = Architectural structure ; Sol-jel yöntemi = Sol-gel method ; Termal iletkenlik = Thermal conductivity ; Yapı malzemeleri = Building materials

Özet:
Mimari yapılarda ısı muhafazası ve enerji tasarrufu sağlayarak insan konforunu arttıran, binalarda performans geliştirici kabiliyete sahip silika aerojel katkılı yapı malzemelerinin kullanımı son yıllarda oldukça önem kazanmaktadır. Özellikle silika aerojel malzemeler, termal ve mekanik özellikleri, hafifliği, düşük yoğunlukları, yüksek gözeneklilik, yüksek yüzey alanı, hidrofobiklik gibi üstün özelliklerinin yanı sıra birçok uygulama alanında dikkat çekmektedir. Bu bakımdan tez çalışmasında, Konya ve çevresinden temin edilen 4 farklı silisyum kaynağı kullanılarak sol-jel yöntemi ile silika bazlı aerojel sentezi, karakterizasyonu ve mimarlık uygulamalarında yenilikçi yapı malzemesinin termal yalıtkan olarak kullanımının geliştirilmesi hedeflenmiştir. Yapılan deneysel çalışmalarda sol-jel yöntemi ile 4 farklı başlangıç malzemesi (ticari döküm kumu, atık döküm kumu, radyolarit,  kuvars) ve 5 farklı pH (2-4-6-8-9) değerleri kullanılmıştır. Çeşitli sol-jel üretim parametrelerinin malzeme özellikleri üzerindeki etkisi incelenmiştir. Ardından sentezleme çalışmaları sırasında belirlenen optimum parametrelerle yüksek performanslı silika aerojel üretimi gerçekleştirilmiştir. Son olarak üretilen hidrofilik yapıdaki silika aerojeleri süperhidrofobik özelliğe getirebilmek amacıyla Trimethylchlorosilane (TMCS) modifikasyon kimyasalı kullanılarak, yüzey modifikasyonu işlemi sonrası süperhidrofobik silika aerojel tozu elde edilmiştir.  Elde edilen nihai silika aerojellerin karakterizasyonu bakımından; XRF, XRD, ICP-OES, yoğunluk çalışması, FT-IR, BET, FE-SEM, temas açısı incelemeleri yapılmıştır. Mimari yapı malzemesi uygulamaları açısından ağırlıkça %0, %0.5, %1, %2, %5 silika aerojel düşük katkı oranları kullanılarak alçı levha deney numuneleri üretilmiştir. Üretilen silika aerojel takviyeli alçı levha deney numunelerin mekanik ve fiziksel özelliklerinin belirlenmesi amacıyla sırasıyla üç nokta eğilme dayanımı, basınç dayanımı, termal iletkenlik ve su emme testleri uygulanmıştır. Genel olarak elde edilen deneysel sonuçlar incelendiğinde düşük katkı oranlarında silika aerojel takviyesinin malzemenin termal iletkenlik ve mekanik özellikleri açısından olumlu sonuçlar sergilediği tespit edilmiştir. Anahtar Kelimeler:
Sol-jel, silika aerojel, mimari yapı malzemesi, alçı levha, termal iletkenlik

Abstract:
The use of silica aerogel-added building materials, which increase human comfort by providing heat preservation and energy savings in architectural structures and have performance enhancing ability in buildings, has gained importance in recent years. In particular, silica aerogel materials attract attention in many application areas, in addition to their superior properties such as thermal and mechanical properties, lightness, low densities, high porosity, high surface area, hydrophobicit. In this respect, in the thesis study, it was aimed to develope the synthesis and characterization of silica based aerogel by sol-gel method by using 4 different silica sources obtained from Konya and its surroundings, and to develope use of innovative building material as a thermal insulator in architectural applications. In the experimental studies, 4 different starting materials (commercial casting sand, waste casting sand, radiolarite, quartz) and 5 different pH (2-4-6-8-9) values were used with the sol-gel method. The effects of various sol-gel production parameters on material properties were investigated. Then high performance silica aerogel production was carried out with the optimum parameters determined during the synthesis studies. Finally, in order to make the produces hydrophilic silica aerogels superhydrophobic, Trimethylchlorosilane (TMCS) modification chemical was used and superhydrophobic silica aerogel power was obtained after the surface modification process. In terms of characterization of the final silica aerogels, XRF, XRD, ICP-OES, density study, FT-IR, BET, FE-SEM, contact angle investigations were performed. In terms of architectural material applications, plasterboard test samples were produced by using low additive rates of %0, %0.5, %1, %2, %5 silica aerogel by weight. In order to determine the mechanical and physical properties of the produced silica aerogel added plasterboard test samples, three point bend strenght, compressive strength, thermal conductivity and water absorption tests were applied respectively. When the experimental results obtained in general were examined, it was determined that the silica aerogel reinforcement at low additive ratios showed positive results in terms of thermal conductivity and mechanical properties of the material. Keywords: Sol-gel, silica aerogel, architectural building material, plasterboard, thermal conductivity