Responce Surface with Box-Benhken Design for Hydrophobic Copper Stearate Synthesis

Abstract

Superhydrophobic surface is one of the applications of nanotechnology and intensive researches have been done in this subject. Surfaces that have water contact angles larger than 150° are called “superhydrophobic” and between 90 -150° are called “hydropobic“ . To exhibit superhydrophobic feature, a surface should have both micron scale roughness and inherently should have been prepared by a hydrophobic material. Hydrophobic coating frequently used in different sectors at the present time. For this purpose it was synthesized nanoscale copper stearate. Reaction temperature, stirring speed and stirring time response function for variable parameters Box-Behnken design using contact angle measurements were formed. The water contact angle on the glass surface was measured to be 35⁰± 2 degrees. In the experiments for copper stearate synthesis, temperature, reaction time and stirring speed were examined respectively. 20, 40, 60 ⁰C temperature, 2,6,10 min. reaction time and 200, 400, 600 rpm, the surface angle of the coatings on the glass surface varies between 126-138,5⁰. Three-factor Box-Behnken design method was used. When the obtained graphs and the response surface equation between the obtained response surface and the independent variable are examined, It was determined that the most important parameter was the mixing speed, the second important parameter was the temperature, and the reaction time parameter had very little effect on the ignition. It was determined that it would be appropriate to select primarily pH, solid liquid concentration in factor instead of reaction time.

Keywords

• Copper Stearate
• Box-Behnken Design
• Hydrophobic

Hidrofobik Bakır Stearat Sentezinin Box-Benhken Tasarımıyla Modellenmesi

Abstract

Süperhidrofobik yüzeyler nanoteknolojinin bir uygulaması olup, yoğun araştırmalar yapılmaktadır. Su damlası temas açısı 150°’den büyük temas açısına sahip ise “süperhidrofobik” ,  90-150° arası olanlar hidrofobik olarak tanımlanır. Bir yüzeyin süperhidrofobik özellik gösterebilmesi için üzerinde mikrometre mertebesinde pürüzlülüğe sahip malzemeden hazırlanmış olması gerekir. Hidrofobik kaplama, günümüz şartlarında sıklıkla ihtiyaç duyulur hale gelmiştir. Bu amaçla mikron ölçekte bakır stearat sentezlenmiştir. Reaksiyon sıcaklığı, karıştırma hızı ve karıştırma zamanı  değişken parametreleri Box-Behnken tasarımı kullanılarak temas  açısı ölçümleri için cevap fonksiyonu oluşturulmuştur.  Cam yüzeyi üzerinde suyun temas açısının açısı 35⁰+-2 derece olduğu ölçüldü.  Bakır stearat sentez için yapılan deneylerde sırasıyla sıcaklık, reaksiyon zamanı ve karıştırma hızı incelendi.  20, 40, 60 ⁰C sıcaklık, 2, 6,10 dak. reaksiyon zamanı ve 200,400,600 rpm  karıştırma hızı değişkenlerine göre yapılan deneylerde  cam yüzey üzerine yapılan kaplamaların temas acıları 126-138.5⁰   arasında değişmektedir. Üç faktörlü Box-Behnken tasarım yöntemi kullanılmıştır. Elde edilen cevap yüzeyi ile bağımsız değişken arasında elde edilen grafikler ve cevap yüzeyi denklemi incelendiğinde; en önemli parametrenin sıcaklık olduğu, ikinci önemli parametrenin karıştırma hızı olduğu, reaksiyon zamanı parametresinin ise temas açısındaki etkisinin çok az olduğu belirlendi. Reaksiyon zamanı yerine öncelikle  pH,  katı sıvı derişimi  faktör olarak incelenmesinin yararlı olacağı belirlendi.

Keywords

• Bakır Stearat
• Box-Behnken Tasarımı
• Hidrofobik

References

1. Barthlott, W. & Neinhuis, C. (1997). Purity of the sacred lotus, or escape from contamination in biological Surfaces. Planta , 202 (2): 1-8.
2. Minglin, M. & Randal, M.H. (2006). Superhydrophobic surfaces. Current Opinion in Colloid & Interface Science, 11: 193-202.
3. Bharat, B. (2016). Biometics : bioinspried hierarchical – structured surfaces for green science. Second Edition Springer, 384-390.
4. Nakajima, A., Saiki. C., Hashimoto, K., & Watanabe ,T. (2001). Processing of roughened silica film by coagulated colloidal silica for super-hydrophobic coating. Journal of Materials Science Letters, 20 (21) : 1975-1977.
5. Ma, M., & Hill, R. M. (2006). Superhydrophobic surfaces. Colloid Interface Science, 11 (4): 193-202.
6. Jiri, G. D. (2001). Blends and composites based on fluoropolymers. Macromolecular Symposia, 170: 149–156.
7. Gu, G., Dang. H., Zhang Z., & Wu, Z. (2006). Fabrication and characterization of transparent superhydrophobic thin films based on silica nanoparticles. Appl. Phys. A., 83 (1): 131-132.
8. Daoud, W. A., Xin, J. H., & Tao, X, (2006). Synthesis and characterization of hydrophobic silica nanocomposites. Applied Surface Science, 252 (15): 5368-5371.

9. Erbil, H. Y., Demirel, A. L., Avci, Y., & Mert, O. (2003). Transformation of a simple plastic into a superhydrophobic surface. Science, 299 (5611): 1377-1380.
10. Jung, Y. C., & Bhushan B. (2007).Wetting transition of water droplets on superhydrophobic patterned Surfaces. Scripta Materialia, 57: 1057-1060.
11. Cochran W. G, & Cox, G. M. (1992) . Experimental Design. 2nd. Edition, John Wiley & Sons, New York.
12. Lundstedt, T., Seifert, E., Abramo, L., Thelin, B., Nyström, Ả., Pettersen, J., ve ark. (1998). Experimental Design and Optimization. Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems, 42:3- 40.
13. Kuehl, R. O. (2000). Design of Experiments: Statistical Principles of Research Design and Analysis. 2nd. Edition, Duxbury, New York.
14. Korkut, A. (2010). Çeşitli Biyokütle Atık Maddelerin Pirolizi ve Elde Edilen Ürünlerin Analizi. FBE Kimya Mühendisliği Anabilim Dalı Doktora Tezi. 55-56.
15. Korkut, A., & BOLAT, E. (2011). Siirt Fıstığı Kabuklarının Piroliz Ürün Verimlerinin Çeşitli Deneysel Tasarım Yöntemleri ile Modellenmesi. Journal of Engineering and Natural Sciences Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi. 29: 52-64.
16. Khajeh, M. (2009a). Application of Box–Behnken Design in the Optimization of a Magnetic Nanoparticle Procedure for Zinc Determination in Analytical Samples by Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry. Journal of Hazardous Materials, 172:385-389.
17. Tripathi, P., Srivastava, V. C., & Kumari A. (2009). Optimization of an Azo Dye Batch Adsorption Parameters Using Box–Behnken Design. Desalination, 249:1273-1279.