Nem tutma performansı yüksek polimerik malzemelerin geliştirilmesi ve karakterizasyonu

Sürdürülebilir kalkınma için kaynakların bilinçli kullanımı ve enerji verimliliği konusunda dikkatli davranılması, enerji verimliliği konusunda yapılabilecek iyileştirmelerin sürekli geliştirilmesi gerekmektedir. Enerjinin üretiminden tüketimine kadar tüm süreçlerde; ulusal önceliklerimiz göz önünde bulundurularak arz güvenliğinin sağlanması, dışa bağımlılığın azaltılması ve iklim değişikliği ile mücadele edilmesi ilgili olarak çalışmalar yürütmek Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı'nın 2010-2014 Stratejik Planı'nda yer almaktadır. Bu amaçla Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı tarafından verimliliğin arttırılması yönünde çalışmaların yürütüleceği ve enerji tüketiminin azaltılmasının hedeflendiği belirtilmiştir. Bunun yanı sıra enerji tüketimi müşterinin de önemsediği bir konudur. Kullanılan ürünlerin enerji tüketimin düşük olması hem bireysel olarak hem de ülke ekonomisi için oldukça önemlidir. Tüm sektörlerde enerji verimliliğinin iyileştirilerek enerji tüketiminin azaltılmasına yönelik çalışmalar yapılmaktadır. Diğer sektörlerde olduğu gibi beyaz eşya sektöründe de bu çalışmalar oldukça ön plandadır. Bu sebeple evlerde yaygın olarak kullanılan bulaşık makinelerinin enerji tüketiminde yapılacak iyileştirmeler oldukça önemlidir. Bulaşık makinelerinde konveksiyonel kurutma işleminde, son durulama adımında su sıcaklığı 65°C'ye kadar çıkmaktadır ve bu sebeple enerji tüketimi oldukça yüksektir. Bu çalışmada, bulaşık makinesinin kurutma işleminin; bulaşık makinesi içerisindeki nemli havanın, nem tutma özelliği yüksek süper absorban polimerleri içeren bir hazneden geçirilerek yapılması hedeflenmektedir. Süper absorban polimerler bir sonraki çevirim sırasında ısı etkisiyle rejenere edilecektir. Böylece bulaşık makinelerinin tükettiği enerjinin azaltılması hedeflenmektedir. Bu amaç doğrultusunda bu tez kapsamında, su absorpsiyonu yeteneğiyle bilinen akrilik esaslı polimerik malzemelerin nem tutma performansı üzerinde çalışılmıştır. İki farklı yöntem ile süper absorban polimer sentezi gerçekleştirilmiştir. Elde edilen ürünler farklı sıcaklık ve farklı nemlilik koşullarında şartlandırılmıştır. Ürünlerin nem tutma performansları ise termal gravimetrik analiz yöntemi ve ağırlık artışının ölçülmesi yöntemiyle belirlenmiştir. Bu koşullardan birincisi 27 °C ve % 80 nemlilik ve ikincisi 40 °C ve % 100 nemliliktir ve iklimlendirme kabinleri ile sağlanmıştır. Birinci yönteme göre, çapraz bağlayıcının ağırlık oranı değiştirilerek sentezlenen süper absorban polimerlerde su tutma performansı kütlece % 330 – 400, nem tutma performansı birinci koşullarda kütlece % 16 – 22, ikinci koşullarda % 28 – 50 olarak belirlenmiştir. İkinci yönteme göre iki farklı çapraz bağlayıcı kullanılarak gerçekleştirilen sentezlerde, etilen glikol dimetakrilat çapraz bağlayıcının kullanıldıklarında su tutma performansı kütlece % 41 – 48, nem tutma performansı birinci koşullarda kütlece % 28 – 30 ve ikinci koşullarda % 72 – 77 aralığında; 1,4-bütandiol diakrilat çapraz bağlayıcısının kullanıldıklarında; su tutma performansı % 32 - 170 nem tutmqa performansı ise birinci koşullarda % 25 – 31 ve ikinci koşullarda % 71 – 82 aralığında belirlenmiştir. İkinci yöntemle elde edilen süper absorban polimerlerin nem tutma performansının birinci yöntemle elde edilenlerinkinden yüksek olması ikinci yöntemi ön plana çıkarmıştır. Bununla beraber, ikinci yöntemin ısıtma prosesi gerektirmeme, azot atmosferine gerek duymama, daha kısa sürede ürün verme ve elde edilen ürünün reaksiyon ortamından kolaylıkla alınabilmesi gibi avantajları da vardır. Bu özellikler seri üretime geçilmesi halinde oldukça önemli olacaktır. Ayrıca ısıtma işlemine gerek duyulmaması sebebiyle tez çalışmasındaki temel amaç olan enerji verimliliği daha etkin sağlanacaktır. Bu sebepler göz önüne alındığında çalışmalara ikinci yöntem ile devam edilmiştir. Sentez yöntemi belirlendikten sonra kullanılacak çapraz bağlayıcının cinsi ve miktarı belirlenmiştir. 1,4-bütandiol diakrilat çapraz bağlayıcısı kullanılan süper absorban polimerlerin performansı etilen glikol dimetakrilat kullanılanlardan daha yüksektir. Bununla beraber 1,4-bütandiol diakrilat etilen glikol dimetakrilata göre daha az miktarda kullanılmaktadır. Bu etmenler dikkate alınarak 1,4-bütandiol diakrilat çapraz bağlayıcısı seçilmiş ve çapraz bağlayıcı oranı - nem tutma performansı incelendiğinde B_3 kodlu formülasyon belirlenmiştir. Formülasyonun belirlenmesinin ardından kinetik testler yapılmıştır. Testler sırasındaki gözlemler ve literatürden elde edilen bilgiler doğrultusunda nem tutma performansı üzerinde partikül büyüklüğünün etkisi çalışılmıştır. Farklı boyutlarda hazırlanan süper absorban taneciklerin performansı değerlendirilmiş ve bulaşık makinesi sisteminde kullanılmaya uygun olacak sınırlar çerçevesi de göz önünde bulundurularak partikül çapı olarak 4 milimetre belirlenmiştir. Çalışmanın devamında, seçilen formülasyon için çevrim testleri yapılarak performansta düşme olup olmadığı araştırılmıştır. Yapılan dört çevrimde performans düşüklüğü gözlemlenmemiştir. Çalışmanın son aşaması ise rejenerasyon testleridir. Seçilen B_3 formülasyonu için rejenerasyon sıcaklığı ve süresi üzerinde çalışılmıştır. İkinci koşullar olan 40 °C ve % 100 nemlilikte 24 saat şartlandırılan numunelerin 70°C, 80°C, 90°C ve 100°C'de rejenerasyon yapılmıştır. Sıcaklık arttıkça rejenerasyonun ndaha etkili bir biçimde gerçekleştirildiği belirlenmiştir. Çalışmanın son aşaamsında süper absorban polimerlerin nem tutma performansı üzerinde ortam sıcaklığın ve nemliliğin etkisni ayrı ayrı incelemek amacıyla sıcaklık sabitken nemliliğin değiştirildiği, nemlilik sabitken sıcaklığın değiştirildiği deneyler yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar doğrultusunda aynı nemlilik koşullarında sıcaklık arttıkça nem tutma performansının arttığı, aynı sıcaklıkta ise ortam nemliliği artttıkça nem tutma performansının çok hızlı bir biçimde arttığı belirlenmiştir.