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

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

1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. 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.
5. 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.
6. 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.
7. 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.
8. 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.

9. 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.