Improvement of Thermal Isulation Properties of Polyurethane oy Silica-Based Particles

Year 2020, Volume: 22 Issue: 64, 147 - 153, 24.01.2020

Özay Akdemir , Ayşe Hacırecepoğlu Özge Andıç Çakır , Mehmet Sarıkanat , Kutlay Sever , Yoldaş Seki

https://doi.org/10.21205/deufmd.2020226414

Abstract

In this study, silica-based
particles (SP) were fabricated via sol-gel method by using tetraethoxy silane. It is
aimed to reduce the thermal conductivity of polyurethane (PU) by means of silica-based particles. The composite plates were
obtained by adding these particles into PU at various ratios (0,5, 1, 2 wt%).
The measurements of thermal conductivity values of these plates showed that 0,5%
SP addition into PU decreased the thermal conductivity by 16%. In addition,
compression strength value of PU decreased by 6%. While addition of higher
weight fractions of SP into PU reduced the decreasing rate of thermal
conductivity, degradation in compressive strength values increased. SP addition
into PU has not changed the chemical structure and thermal stability
considerably, however thermal expansion coefficient decreased remarkably. The
distribution of SP within the PU matrix was examined by scanning electron
microscopy observations. 

Keywords

Polyurethane, Silica-based particles, Thermal conductivity, Composite

Poliüretanın ısı yalıtım özelliklerinin silika esaslı partiküllerle iyileştirilmesi

Abstract

Bu çalışmada silika-esaslı partiküller (SP), tetra etoksi
silan (TEOS) kullanarak sol-jel yöntemi ile üretilmiştir. Üretilen silika-esaslı
partiküller ile poliüretanın (PU) ısıl iletkenliğinin düşürülmesi
amaçlanmıştır. Bu parçacıklar farklı oranlarda (ağırlıkça %0,5, 1, ve 2) poliüretanın içine ilave edilerek kompozit plakalar
elde edilmiştir. Bu plakaların yapılan ısıl iletkenlik ölçümlerinde poliüretana
%0,5 SP eklenmesi ile ısıl iletkenlik değerinin %16 civarında azaldığı
görülmüştür. Bunun yanısıra basma dayanımında ise %6’lik bir azalma gerçekleşmiştir.
Daha yüksek SP’nin PU’ya eklenmesiyle ısıl iletkenlikte azalma oranı düşerken
basma dayanımındaki bozulma artmıştır. SP eklenmesi poliüretanın kimyasal
yapısını, ısıl stabilitesini çok fazla değiştirmezken, ısıl genleşme
katsayısını ise düşürmüştür. Poliüretan kompozitlerin içerisindeki SP parçacıkların
dağılımı da taramalı elektron mikroskop analizleri ile incelenmiştir. 

Keywords

Poliüretan, Silika-esaslı partiküller, Termal iletkenlik, Kompozit

References

• Diascorn, N., Calas, S., Sallee H., Achard P., Rigacci A. 2015. Polyurethane aerogels synthesis for thermal insulation – textural, thermal and mechanical properties, The Journal of Supercritical Fluids, Cilt. 106, s 76-84. DOI: 10.1016/j.supflu.2015.05.012.
• Lee P.C., Kim B.R., Jeoung S.K., Lee G., Han S.W.., Kim H., Li. K.D., Han J.K. 2016. Flame retardancy and thermal stability of polyurethane foam composites containing carbon additives, AIP Conference Proceedings, Cilt. 1713, s. 120014-1-120014-4. DOI: 10.1063/1.4942329.
• Nikje M.M.A., Tehrani, Z.M. 2009. Thermal and Mechanical Properties of Polyurethane Rigid Foam/Modified Nanosilica Composite, Polymer Engineering & Science, Cilt. 50(3), s. 468–473. DOI:10.1002/pen.21559.
• Saha, M.C., Kabir, M.E, Jeelani S. 2008. Enhancement in thermal and mechanical properties of polyurethane foam infused with nanoparticles. Mater. Sci. Eng. A, Cilt. 479, s. 213-222. DOI: 10.1016/j.msea.2007.06.060.
• Jeon, H.T., Jang, M.K., Kim, B.K., Kim, K.H. 2007. Synthesis and characterizations of waterborne polyurethane–silica hybrids using sol–gel process, Cilt. 302, s. 559-567, DOI: 10.1016/j.colsurfa.2007.03.043.
• Dourbash, A., Buratti C., Belloni, E., Motoharı S. 2017. Preparation and characterization of polyurethane/silica aerogel nanocomposite materials, Journal of Applied Polymer Science, Cilt. 134, s.1-13, DOI: 10.1002/app.44521.
• Bhagat, S.D., Kim Y.H., Ahn, Y.S., Yeo J.G. 2007. Rapid synthesis of water-glass based aerogels by in situ surface modification of the hydrogels, Applied Surface Science, Cilt. 253, s. 3231-3236, DOI: 10.1016/j.apsusc.2006.07.016.
• Rao, A.V., Kalesh R.R. 2004. Organic Surface Modification of TEOS Based Silica Aerogels Synthesized by Co-Precursor and Derivatization Methods, Journal of Sol-Gel Science and Technology, Cilt. 30, s. 141-147, DOI: 10.1023/B:JSST.0000039498.61813.9e.
• Chang K.Y., Wang Y.Z., Peng, K.C, Tsai H.S., Chen, J.R., Huang C., Ho, K.S., Lİen W. 2014. Preparation of silica aerogel/polyurethane composites for the application of thermal insulation, Journal of Polymer Research, Cilt., s. , DOI: 10.1007/s10965-013-0338-7.