Nano katkılarla ve mikroyapı tasarımı ile sert poliüretan malzemenin ısıl iletkenliğinin azaltılması

Abstract

Bu çalışmada, yerli kil hammaddesinden başlanarak modifikasyon ile nano kil eldesi çalışılmış ve modifiye edilen kilin sert poliüretan (PU) köpük üretiminde kullanımı ile hücre boyutu, hücre dağılımı gibi yapısal özellikler ve ısıl iletim ve basma mukavemeti özelliklerine etkileri değerlendirilmiştir. Ayrıca, atık PU malzemesinin geri dönüştürülerek toz halinde yeni PU üretiminde katkılanması ile hücre oluşumuna etkileri ve ısıl ve mekanik özelliklerdeki değişim incelenmiştir. Bunun yanında PU oluşumu esnasında akışın yönlendirilmesi ile hücre boyutlarında ve şeklinde değişim ve ısıl ve mekanik özelliklerdeki değişimler de incelenmiştir. Hidrofilik özellikteki kil hammaddesi Hegzadesiltrimetilamonyum bromit (CTAB) modifikasyon ajanı kullanılarak modifiye edilmiş ve hidrofobiklik seviyesi 13°'den 80°'ye çıkarılmıştır. Modifikasyon ile tabakalar arası mesafe 12,5 Å'dan 18,8 Å'a çıkarılmıştır. Modifiye edilen kil kullanılarak üretilen kompozitin hücre boyutu standarda göre %65 azaltılmış ve ısıl iletimde de %8'lik bir azalma sağlanmıştır. Atık PU tozu kullanılarak üretilen sert PU üründe ise hücre boyutu %15 oransal olarak indirilmiş ve ısıl iletim de %2,5 oranında azaltılmıştır. Yönlendirme ile hücre boyutları %35 oranında küçültülmüş ve buna bağlı olarak da ısıl iletkenlik %6,5 oranında azaltılabilmiştir. Tüm çalışmalarda basma mukavemeti de incelenmiş ve özellikle buzdolabı uygulamasında alt sınır olan 120 kPa seviyesinin altına düşmediği görülmüştür. Çalışmada elde edilen en düşük ısıl iletkenlik değeri 20,7 mW/mK olmuştur.

The modification and production of nano-clay from local clay sources have been studied. The nano-clay produced has been used in rigid polyurethane (PU) as an additive, and the structural changes of polyurethane such as cell size and distribution and the change of thermal and mechanical properties of rigid polyurethane have been evaluated. In addition to this, the recycling of the polyurethane rags to powder form and the usage of the powder in the rigid polyurethane to change the cell structure and the related thermal and mechanical property changes has been studied. Additionally, the control of the flow of the polyurethane to change the cell size and distribution and related changes of the thermal and mechanical properties has been studied. The hydrophilic clay has been modified by hexadecyltrimethylamonium bromide (CTAB), and the hydrophobicity of the clay is increased from 13° to 80°. The intergallery distance of the clay is increased from 12.5 Å to 18.8 Å. The cell size of the rigid polyurethane has been decreased by 65% by the addition of the modified clay, 15% by the addition of recycled PU powder , and the thermal conductivity is decreased by 8% and 2.5% respectively. With the flow control, the cell size has been decreased by 35%, and the thermal conductivity is decreased by 6.5%. At all the trials, the compressive strength of the polyurethane, which is a critical property for the refrigerator application has been followed and found to be not less than the lower critical value of 120 kPa. The lowest thermal conductivity attained in this study is 20.7 mW/mK.