Pencere cam yüzeyi üzerine uygulanacak buzlanmayı engelleyici kaplamaların geliştirilmesi ve karaktaerizasyonu

Abstract

Bu çalışmada, hidrofobik özelliğe sahip demir oksit parçacıkları ile hidrofobik davranışa sahip PVDF polimerinin birleştirilerek kaplama şeklinde cam yüzeyine uygulanması ile süperhidrofobik bir yüzeyin elde edilmesi ve daha sonra bu süperhidrofobik yüzeyin buzlanma karşıtı özelliğinin incelenmesi amaçlanmıştır. Ucuz bir demir oksit kaynağı olan demir nitrat kullanılarak çiçeksi morfolojiye sahip olacak şekilde hematit, a-Fe2O3, mikron altı boyutta üretilmiştir. Daha sonra polivinilidin florid polimeri (PVDF), dimetil formamid (DMF) ve tetrahidrofuran (THF) çözücülerinde tamamen çözündürülmüştür. Hematit formdaki çiçeksi demir oksit tozları, çözündürülen PVDF polimeri ile 1:3 oranında karıştırılıp, cam yüzeye kaplama yapılmıştır. Camlar, daldırmalı kaplama cihazı ve döndürmeli kaplama cihazı kullanılarak kaplanmıştır. Demir oksit tozları, X-ışınları kırınımı (XRD), taramalı elektron mikroskobu (SEM) teknikleri ile PVDF polimeri ise FT-IR, SEM teknikleriyle analiz edilirken, kaplanan camların temas açısı "durağan damla metodu" ile ölçülmüştür. Kaplanan yüzeyler AFM, SEM, EDX teknikleri ile incelenmiştir. Sadece PVDF ile kaplanan camların su temas açısı 101o±3 bulunurken (hidrofobik davranış) , PVDF ve demir oksit tozlarının birleştirilmesiyle elde edilen karışımla kaplanan camların su temas açısı 158o±5 (süperhidrofobik davranış) bulunmuştur. Süperhidrofobiklik için gereken temel iki şart olan; çok düşük yüzey enerjisi ve nano-mikron boyutunda yüzey pürüzlülüğü sağlandıktan sonra elde edilen süperhidrofobik yüzeylerin buzlanma karşıtı özellikleri incelenmiştir. Düşük yüzey enerjisi PVDF, nano boyuttaki yüzey pürüzlülüğü de çiçeksi demir oksit parçacıklarıyla elde edilmiştir. Süperhidrofobik yüzeyler, çok yüksek temas açıları sayesindeyüzeyle daha az temas ederler. Bu özelliklerinden dolayı; süperhidrofobiklik elde edilen yüzeylerin, buzlansalar bile buzdan 3 saniye gibi çok kısa bir sürede kurtuldukları görülmüştür.

In this study, it was aimed to put together hydrophobic iron oxide particles and hydrophobic PVDF (polyvinylidene fluoride) polymer on a glass surface as a coating to obtain a superhydropobic surface and investigate the anti-icing properties of that superhydropobic surface. Submicron size hematite particles, (a-Fe2O3) which had flowerlike morphology was produced by using iron nitrate which was a cheap resources of iron oxide. Then, polyvinylidene fluoride (PVDF) polymer was completely solved in dimethyl formamide (DMF) and tetrahydrofuran (THF) solvents. Hematite particles and solubilized PVDF polymer were mixed at a ratio of 1:3 and this mixture was then applied to the glass sufaces as a coating by using dip coater and spin coater, individually. While iron oxide particles were examined X-Ray and SEM, PVDF was analyzed by FT-IR and SEM. Also, surfaces of coated glasses were investigated by using AFM, SEM, EDX studies and the water contact angle and water contact hysteresis of coated surfaces were measured with sessile drop method. While the water contact angle of glasses which was coated by pure PVDF was found to be 101o±3 (hydrophobic behavior), the water contact angle of glasses coated by solution that was obtained by combining iron oxide particles and PVDF was measured to be 158o±5 (superhydrophobic behavior). Superhydrophobic behavior can be achieved by ensuring two conditions together: a surface with a low surface energy and nano-micron scale surface roughness. When these conditions were met, the anti-icing behavior of that surface was examined. In this study, PVDF polymer provided the low surface energy condition and the flowerlike morphology of iron oxide particles provided the nano scale surface roughness condition. Süperhidrofobik yüzeyler, çok yüksek temas açıları sayesinde yüzeyle daha az temas ederler. Due to their very high water contact angle, the superhydropobic surfaces have very limited contact area with water droplets. This fact was witnissed in this study by observing the removal of the ice gob that was formed on the superhydropobic surfaces within 3 seconds of applying the air blast.