Poliester-esaslı makrogözenekli köpüklerden açık-hücresel yapılı karbonların hazırlanması ve ısıl enerji depolamada kullanılması

Bu tez çalışması, ısıl enerji depolama alanında kullanılmak üzere açık-hücresel yapı sergileyen makrogözenekli polimer ve karbon monolitlerin hazırlanmasını kapsamaktadır. Bu kapsamda, kullanılan yüksek iç fazlı emülsiyon (HIPE) kalıplama yönteminin temel prensibi, morfolojik özelliklerin kontrolünü sağlamak amacıyla HIPE'leri gözenek oluşturmak için bir şablon olarak kullanımına dayanmaktadır. HIPE'ler iç faz hacmi toplam emülsiyon hacminin en az %74.05'ini oluşturan sistemlerdir. HIPE'lerin sürekli fazı veya her iki fazının monomer(ler) içermesi durumunda, monomer içeren faz, uygun koşullar altında polimerleştirilebilir. Ardından iç faz uzaklaştırılarak poliHIPE'ler elde edilir. PoliHIPE'ler yüksek oranda çapraz bağlı ve hiyerarşik gözenek morfolojisine sahip polimerlerdir. PoliHIPE'ler gözenekli karbonların hazırlanmasında şablon olarak kullanılabilmektedir. Bir poliHIPE'den gözenekli bir karbon monoliti elde edebilmek için yüksek oranda çapraz bağlı poliHIPE monolitinin inert atmosfer koşullarında kontrollü olarak karbonize edilmesi gerekmektedir. Bu aşamada monolit yapısının korunması oldukça önemlidir. Karbonizasyon işlemi ile spesifik yüzey alanı belirgin oranda arttığından, yüzey alanının önemli olduğu uygulamalarda karbonize monolitlerin kullanımı belirgin bir avantaj sağlamaktadır. Bu çalışmada, ticari bir doymamış poliester reçinesi ve çaprazbağlayıcı ko-monomerler olarak farklı oranlarda divinilbenzen (DVB) ve vinilbenzil klorür (VBC) kullanılarak yağ-içinde-su (yağ/su) türünde HIPE'ler hazırlanmıştır. Ardından, HIPE'lerin ısıl olarak kürleştirilmesi yolu ile poliester-esaslı poliHIPE monolitleri sentezlenmiştir. Sentezlenen poliHIPE monolitlerin gözenek morfolojisisi incelenerek ısıl enerji depolama uygulamalarında kullanılmak üzere en uygun poliHIPE monoliti matris olarak belirlenmiştir. Ardından, seçilen poliHIPE monolitinin çapraz bağ oranının arttırılması amacıyla Fridel-Crafts alkilasyonu ile aromatik halkalar üzerinden hiper-çapraz bağlama reaksiyonu gerçekleştirilmiştir. Hiper-çapraz bağlama ile sentezlenen poliHIPE monolitinin spesifik yüzey alanı da belirgin olarak arttırılmıştır. Daha sonra, sentezlenen poliHIPE matris ve hiper-çapraz bağlı matris inert koşullar altında karbonize edilerek poliHIPE türevi makrogözenekli karbonlar elde edilmiştir. Tez çalışmasının son aşamasında elde edilen poliHIPE monolit, hiper-çapraz bağlı monolit ve bu monolitlerden türetilen makrogözenekli karbonlar uygulama özelliklerinin saptanması amacıyla kompozit faz değiştiren malzemelerin (FDM'lerin) hazırlanmasında kullanılmıştır. Bu amaçla parafin-esaslı, 18 karbonlu RT-18HC ve yağ asidi-esaslı lorik asit (LA) FDM olarak kullanılmıştır. FDM'lerin makrogözenekli matrislere impregnasyonu vakum altında impregnasyon yöntemi ile gerçekleştirilmiştir. Elde edilen kompozit FDM'lerin kimyasal yapısı ve ısıl enerji depolama kapasiteleri araştırılmıştır. Elde edilen bulgular poliester-esaslı poliHIPE monolitlerin ve hiper-çapraz bağlı monolitlerin ısıl enerji depolama uygulamalarında umut vaadedici bir performans sergilediğini ortaya koymuştur.