Isıl Enerji Depolama Đçin Poli(etil akrilat)/hekzadekan Mikrokapsüllerinin Üretilmesi ve Karakterizasyonu

Transkript

1 Tekstil Teknolojileri Elektronik Dergisi Cilt: 3, No: 3, 2009 (33-46) Electronic Journal of Textile Technologies Vol: 3, No: 3, 2009 (33-46) TEKNOLOJĐK ARAŞTIRMALAR e-issn: (Hakem Onaylı Makale) (Article) Isıl Enerji Depolama Đçin Poli(etil akrilat)/hekzadekan Mikrokapsüllerinin Üretilmesi ve Karakterizasyonu Sennur Alay *, Fethiye Göde**, Cemil Alkan *** * SDÜ Müh.Mim.Fak., Tekstil Müh. Böl., Isparta/TÜRKĐYE ** SDÜ Fen Edebiyat Fak., Kimya Böl., Isparta/TÜRKĐYE *** Gaziosmanpaşa Üniversitesi, Fen Edebiyat Fak., Kimya Böl., 60240, Tokat/TÜRKĐYE asennur@mmf.sdu.edu.tr Özet Isıl enerji depolama için kullanılan faz değiştiren maddeler (FDMler) belirli faz değiştirme sıcaklıklarında ortamdaki ısı enerjisini soğurup yaymak suretiyle ısı regülasyonu sağlayan maddelerdir. Isıl enerji depolama için kullanılan FDMler genellikle katı-sıvı faz değiştiren maddelerdir ve bundan dolayı kapsüllenmeleri gerekir. Mikro-kapsüllenmiş FDMler (MikroFDMler), FDMlerin büyük yüzey alanlarından dolayı ısı transfer oranlarının yüksek olduğu ve küçük olmaları dolayısı ile de kolay uygulanabildiği türevidir. MikroFDM ler faz değiştiren maddelerin ince ve esnek bir polimer kabuk içerisine hapsedilmesi ile üretilmektedirler. Bu çalışmada, poli(etil akrilat) polimeri kabuk maddesi olarak kullanılırken, çekirdek maddesi olarak n-hekzadekan kullanılmıştır. Mikrokapsüllerin sentezinde üç farklı çapraz bağlayıcı uygulanmıştır. Üretilen mikrofdmler Fourier Dönüşümlü Kızılötesi (FT-IR) spektroskopisi ve Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) kullanılarak karakterize edilmişlerdir. MikroFDMlerin ısıl özellikleri ise diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) yöntemi ile belirlenmiştir. Anahtar Kelimeler: Faz değiştiren madde, Hekzadekan, Mikrokapsül, Poli(etil akrilat), Emülsiyon polimerizasyonu Production and Characterization of Poly(ethyl acrylate)/hexadecane Microcapsules for Thermal Energy Storage Abstract Phase change materials (PCMs) for thermal energy storage are materials supplying thermal regulation at particular phase change temperatures by absorbing and emitting the heat of the medium. PCMs for thermal energy storage are generally solidliquid phase change materials and therefore they need encapsulation. Microencapsulated PCMs (micropcms) are the derivative of PCMs with high transfer rate due to large surface area and ease of applicability due to small size. MicroPCMs are prepared by encapsulation of PCMs in thin and flexible polymer shell. Poly(ethyl acrylate) was used as shell material while n- hexadecane was used as core. Tree different crosslinkers were operated in the synthesis of microcapsules. Produced micropcms were characterized using Fourier Transform Infrared (FT-IR) spectroscopy and Scanning Electron Microscopy (SEM). Besides, thermal properties of micropcms were determined by Differential Scanning Calorimeter (DSC) method. Keywords: Phase change material, Hexadecane, Microcapsule, poly(ethyl acrylate), Emulsion polymerization Bu makaleye atıf yapmak için Alay,S. *, Göde, F. **, Alkan,C ***., Isıl Enerji Depolama Đçin Poli(etil akrilat)/hekzadekan Mikrokapsüllerinin Üretilmesi ve Karakterizasyonu Tekstil Teknolojileri Elektronik Dergisi 2009, 3(3) How to cite this article Alay,S. *, Göde, F. **, Alkan,C ***., Production and Characterization of Poly(ethyl acrylate)/hexadecane Microcapsules for Thermal Energy Storage Electronic Journal of Textile Technologies, 2009, 3(3) 33-48

2 Teknolojik Araştırmalar: TTED 2009 (3) Isıl Enerji Depolama Đçin Poli(etil akrilat)/hekzadekan 1.GĐRĐŞ Günümüzde gelişen teknolojinin bir sonucu olarak kullanılmakta olan pek çok elektronik cihaz ve sistem için gerekli yüksek enerji tüketimi hem çevre için tehdit oluşturmakta hem de enerji kaynaklarının tükenmesi problemini ortaya çıkarmaktadır. Bu nedenlerden dolayı, enerji kaynaklarının ve enerjinin verimli bir şekilde kullanımı ve yenilenebilir enerji kaynakları konusuna olan ilgi her geçen gün artmaktadır. Faz değiştiren maddeler (FDMler) yenilenebilir enerji kaynakları içersinde en popüler olanlardandır [1]. Çünkü faz değiştiren maddeler son derece geniş bir uygulama yelpazesi içersinde kolaylıkla değerlendirilebilmektedirler. FDMler, belirli sıcaklık aralıklarında fazlarını değiştirme yeteneğine sahip maddelerdir. Bu maddeler içinde bulundukları ortamın sıcaklığı faz değişim sıcaklığının üzerine çıktığında, çevreden ısı alırken (gizli ısı), soğuma esnasında bu ısıyı tekrar çevreye yaymaktadırlar. Bu sayede faz değiştiren maddeler içinde bulundukları ortamda sıcaklığın dalgalanmasını regüle ederek konfor sağlamaktadır. FDMlerin bu şekilde bina içi ısıtma ve iklimlendirme sistemlerinde ciddi ısı tasarrufu sağlayabildiği bilinmektedir. Faz değiştiren maddelerin etkin bir biçimde kullanılabilmesi için bazı problemlerin giderilmesi gerekir. Organik yapıdaki FDMlerin büyük bölümü katı-sıvı faz değiştiren maddelerdir ve bir dış kaba gereksinim duyarlar. Yeterince hızlı ısı transferi sağlayabilen metal kapsüllerin maliyetleri oldukça fazladır. Üstelik makrokapsül olarak bilinen bu tip uygulamalarda faz değiştiren maddeler için dekoratif bir görünüm sağlanabilmesi de mümkün değildir. Organik yapıdaki faz değiştiren maddeleri, polimer içersinde hapsederek şekilce kararlı faz değiştiren maddeleri üretmek mümkün olmakla birlikte bu tip maddelerin de tekstil liflerinde kullanılabilmesi mümkün olamamaktadır. Bu amaçla çok az sayıda faz değiştiren madde bir takım polimerik yapı içersinde mikro ölçekte hapsedilerek uygulanmıştır. Mikrokapsül haline getirilmiş faz değiştiren maddeler (MikroFDMler) kullanılarak tekstil ürünlerinin termal özelliklerinin geliştirilmesi teknolojisi son on yılda ortaya çıkmış bir teknolojidir. Ancak faz değişim teknolojisinin kullanımı 1970 lı yıllarda, NASA (National Aeronautics and Space Administration) tarafından yürütülen bir araştırma programına dayanmaktadır. Bu programdaki asıl amaç, astronot giysilerine uzaydaki aşırı sıcaklık dalgalanmalarına karşı termal koruma etkinliğinin kazandırılmasıdır. Bu noktadan hareketle ortaya çıkan FDM ile birleştirilmiş tekstil ürünleri günümüzde artık tekstil endüstrisiyle ilgili pazarlarda yer bulmaya başlamıştır. Mikrokapsül haline getirilmiş faz değiştiren maddeler tekstil yanında biyomedikal ve biyolojik taşıma, inşaat vb. pek çok alanda kullanım olanağı bulmaktadır [2,3]. Literatürdeki çalışmalar incelendiğinde, hem tekstil sektörü hem de diğer güneş kaynaklı ısıl enerji depolayıcı ürünlerde, organik FDMler içerisinde en çok parafinlerin kullanıldığı görülmektedir [4-12]. Erime noktası C aralığında olan pek çok faz değiştiren maddeler tekstil alanında kullanılmaları uygun olmasına rağmen, parafinler özellikle ucuz ve toksik etki içermemeleri nedeniyle tercih edilmektedir [2,3]. Tablo 1 de faz değişim yoluyla enerji depolama amaçlı olarak kullanılan bazı parafin türlerinin fizikokimyasal özellikleri görülmektedir. Öte yandan faz değiştiren madde olarak Poli(etilen glikol) (PEG) gibi polimerik maddelerin kullanımına da sıkça rastlanmaktadır [13,14]. 34

3 Alay, S., Göde, F., Alkan, C. Teknolojik Araştırmalar: TTED 2009 (3) Tablo 1. Parafin esaslı faz değiştiren maddeler ve ısıl özellikleri Madde Erime Katılaşma Kimyasal Entalpi Sıcaklığı Sıcaklığı Formülü (J/g) (T m C) (T c C) n-hekzadekan C 16 H 34 18,2 16,2 237,05 n-heptadekan C 17 H 36 22,5 21,5 213,81 n-oktadekan C 18 H 38 28,2 25,4 244,02 n-nanodekan C 19 H 40 32,1 29,0 222,0 n-eikosan C 20 H 42 36,1 30,6 246,34 n-henekosan C 21 H 44 40,5-199,86 FDMlerin mikrokapsüllenmesinde kapsül maddesi olarak melamin, üre veya fenol formaldehit maddelerin ağırlıklı olarak kullanıldığı [15-19], ancak son yıllarda söz konusu formaldehit içeren maddelerin toksik etkilerinden dolayı kitosan, jelatin, arap zamkı, ipek fibroini vb. polimerlerin kullanılmaya başlandığı görülmektedir [20-23]. Bu çalışmada, ısı depolama özellikli tekstil ürünlerinin üretiminde kullanılmak üzere faz değiştiren madde olarak hekzadekan içeren poli(etil akrilat) esaslı mikrokapsüllerin 3 farklı çapraz bağlayıcı varlığında üretilmesi ve üretilen mikrokapsüllerin karakterizasyonu hedeflenmiştir. Kullanılan çapraz bağlayıcılar allilmetakrilat, etilen glikol dimetakrilat ve glisidil metakrilattır. 2. MATERYAL ve METOT 2.1. Materyal n-hekzadekan (Fluka), tersiyer bütil hidroperoksit (Merck), triton X 100 (Merck) demir sülfat (FeSO 4.7H 2 O) (Sigma Aldrich), amonyum persülfat (Sigma Aldrich) ve sodyum tiyosülfat (Na 2 S 2 O 7 ) (Sigma Aldrich) kimyasalları temin edildikleri şekilde kullanılmışlardır. Etil akrilat (Fluka), allilmetakrilat (Sigma Aldrich), etilen glikol dimetakrilat (Sigma Aldrich) ve glisidil metakrilat (Sigma Aldrich) kullanılmadan evvel distillenmişlerdir Metot Mikrokapsül üretimi emülsiyon polimerizasyonu metodu kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Mikrokapsül üretimi sırasında yağ fazı n-hekzadekan, etil akrilat ve bir çapraz bağlayıcıdan oluşurken karıştırma hızı olarak 2000 d/d uygulanmıştır. Mikrokapsül prosesi aşağıda verilen üç aşamada tamamlanmıştır [4]. 1. Aşama: 94 ml deionize su 25 g n-hekzadekan (FDM) ve 1 g Triton X 100 (yüzey aktif madde) ile karıştırılarak emülsiyon oluşturuldu. Karışım n-hekzadekan eriyinceye kadar ısıtıldı. 2. Aşama: Birinci aşamada oluşturulan karışıma 25 g monomer, 2,5 g çapraz bağlayıcı, 1 ml demir sülfat çözeltisi (0,3 g FeSO4 7H2O 200 ml su içinde çözülerek hazırlanandan) ve 0,25 g amonyum persülfat ilave edilmiştir. Elde edilen yeni karışım 2000 dev/dk (rpm) hızda yarım saat (30 dk) süre ile karıştırılmıştır. 3. Aşama: Karışıma 0,25 g sodyumtiyosülfat (Na 2 S 2 O 7 ) ve %70 lik tersiyerbütil hidroperoksit çözeltisi ilave edilip, 1000 dev/dk karıştırma hızında farklı sürelerde karıştırılmıştır. Tablo 2. de üretilen mikrokapsülleri tanımlamak için kullanılan kodlar ve kapsülleri elde etmek için sağlanmış bulunan optimum koşullar verilmektedir. 35

4 Teknolojik Araştırmalar: TTED 2009 (3) Isıl Enerji Depolama Đçin Poli(etil akrilat)/hekzadekan Tablo 2. Mikrokapsülleri tanımlamak için kullanılan kodlar ve kapsül üretim işlem koşulları Mikrokapsül Mikrokapsül Mikrokapsül Üretim Koşulları Çapraz Bağlayıcı Duvar Çekirdek Kodu Maddesi Maddesi 70 C de 5 saat 1000 MikroPEA1 Allilmetakrilat dev/dak hızda mekanik karıştırma MikroPEA2 MikroPEA3 Etilen glikol dimetakrilat Glisidil metakrilat Etil Akrilat 36 Hekzadekan 70 C de 3 saat 1000 dev/dak hızda mekanik karıştırma 90 C de 4 saat 1000 dev/dak hızda mekanik karıştırma Üretilen mikrokapsüllerin yüzey özelliklerini incelemek için Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM Leo 440 Computer Controlled Digital, Erciyes Üniversitesi, Teknoloji Araştırma ve Uygulama Merkezi) kullanılmıştır. Mikrokapsüllerin boyut ölçümü, mikroskop görüntüleri üzerinden Lucia 32 G Version 4.11 programı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Mikrokapsüllerin partikül boyut dağılımları, SPSS 10.0 programı kullanılarak partikül boyut ölçüm sonuçlarının histogramları oluşturularak belirlenmiştir. Faz değiştiren madde içeren mikrokapsüllerin erime ve katılaşma sıcaklıkları ve erime ve katılaşma entalpileri Diferansiyel Taramalı Kalorimetre (DSC, Perkin-Elmer Jade) cihazı kullanılarak tespit edilmiştir. DSC analizleri 0-50 aralığında, 5 C/dk ısıtma/soğutma hızında, azot (N 2 ) atmosferinde gerçekleştirilmiştir. DSC sonuçları kullanılarak üretilen mikrokapsüllerin yüzde FDM içeriği (% FDM) aşağıda verilen, eşitlik 1 kullanılmak suretiyle hesaplanmıştır. H m % FDM = x100 (1) H 0 H m = Mikrokapsül Erime Entalpisi (j/g) H 0 = Faz Değiştiren Madde Erime Entalpisi (j/g) MikroFDMlerin kimyasal içeriklerini analiz etmek için IR spektrumları KBr diskleri üzerinden 1 Jasco FT/IR 340 spektrofotometresi kullanılarak cm aralığında kaydedilmiştir. 3. SONUÇLAR ve TARTIŞMA 3.1. Poli(etil akrilat)/hekzadekan Mikrokapsüllerinin Elektron Mikroskobu Analizi Mikrokapsüllerin karakterize edilmesi işleminde elektron mikroskobunun yeri doldurulamayan bir önemi bulunmaktadır. Elektron mikroskobu polimerik mikrokapsüllerin sadece görünümünün izlenmesi için değil parçacık büyüklüğünün ve dağılımının da anlaşılmasına yarar. Parçacık büyüklüğünün bilinmesi üretilen mikrokapsüllerin istenilen uygulama için uygun olup olmadığına karar verilmesi açısından gereklidir. Isıl konforun sağlanmasının akabinde elde edilen mikrokapsüllerin büyüklükleri incelenerek ısı transfer katsayısı daha büyük olan daha küçük tanecikli mikrokapsüllerin üretilebilmesi ihtimali değerlendirilebilir. Ya da eğer ısıl konfor yeterli değil ise hedeflenen uygulama için daha yüksek tanecik büyüklüğüne sahip mikrokürelerin üretilmesinin elverişli olup olmayacağına karar verilebilir. Parçacık dağılımının geniş bir aralıkta seyretmesi durumunda ise uygulanan mikrokapsüllerin madde kalitesine etkisi göz önünde bulundurularak karıştırma hızı yeniden ayarlanabilir. Şekil 1, 2 ve 3 de sırasıyla MikroPEA 1, MikroPEA 2 ve MikroPEA 3 mikrokapsüllerinin elektron mikroskobu görüntüleri verilmiştir.

5 Alay, S., Göde, F., Alkan, C. Teknolojik Araştırmalar: TTED 2009 (3) Şekil 1. MikroPEA 1 in elektron mikroskobu görüntüsü Şekil 2. MikroPEA 2 nin elektron mikroskobu görüntüsü Şekil 3. MikroPEA 3 ün elektron mikroskobu görüntüsü Şekil 1, 2 ve 3 ten anlaşıldığı üzere poli(etil akrilat) ın hekzadekan içeren mikrokapsülleri tam dairesel oluşum göstermemiştir. Ancak tanecikli yapı emülsiyon yöntemi ile şekillerde görülen biçimde mikrokapsüllerin oluştuğunu ispatlamaktadır. Sonuçların DSC analizi ile birlikte ele alınması durumunda kapsüllenme oranının yeterince yüksek olduğu anlaşılmaktadır. Kapsül görüntülerinde mikrokapsüllerin dışında kalan faz değiştiren maddenin kaldığına dair faz ayrımı olduğunu gösteren bir bulgu arz etmemiştir. 37

6 Teknolojik Araştırmalar: TTED 2009 (3) Isıl Enerji Depolama Đçin Poli(etil akrilat)/hekzadekan Poli(etil akrilat)/hekzadekan kapsülleri incelendiğinde üretilen kapsüllerin oldukça düzgün dağılımlı olarak ortaya çıktığı görülmektedir. Taneciklerin tam küresel olmaması nedeniyle tanecik dağılımının tespit edilmesi zordur. Etil akrilat monomer kullanılarak üretilen üç farklı mikrokapsüle ait partikül boyut dağılımları Şekil 4-6 da gösterilmiştir. Yapılan hesaplamalar sonucunda MikroPEA 1 mikrokapsüllerin ortalama 0,22 µm parçacık kesitine sahip oldukları belirlenmiştir. Parçacık kesitleri 1,0 µm nin altında olan kapsüller nano boyutlu olarak ifade edildiği için söz konusu MikroPEA 1 kodlu kapsüller nano boyutlara sahiptir. Çap dağılım diyagramı incelendiğinde, parçacık kesiti değerlerinin büyük çoğunlukla 0,13 ile 0,31 arasında seyrettiği görülmüştür ve dolayısıyla kapsüllerin oldukça yüksek oranda tek dağılımlı (unimodal) olarak elde edildiği söylenebilir. Şekil 4. MikroPEA 1 mikrokapsüllere ait parçacık kesiti-tanecik sayısı dağılım grafiği MikroPEA 2 mikrokapsülleri ortalama olarak 2,35 µm parçacık kesitine sahiptirler ve parçacık kesiti değerleri genellikle 1,25 ile 3,25 µm arasında yoğunlaşmaktadır (Şekil 5). Söz konusu mikrokapsüllere ait çap dağılım diyagramları incelendiğinde mikrokapsüllerin MikroPEA 1 kadar değilse de yeterince düzgün dağılımlı olduğu söylenebilir. 38

7 Alay, S., Göde, F., Alkan, C. Teknolojik Araştırmalar: TTED 2009 (3) Şekil 5. PEA 2 mikrokapsüllere ait parçacık kesiti-tanecik sayısı dağılım grafiği Şekil 6 da MikroPEA 3 mikrokapsüllerinin parçacık kesiti tanecik sayısı grafiği görülmektedir. Söz konusu mikrokapsüller ortalama 0,22 µm çapa sahiptirler ve nano boyutludurlar. Ayrıca histogram incelendiğinde, mikrokapsüllerin MikroPEA 1 nanokapsüllerine oranla daha geniş ancak uygulama için yeterli büyüklükte ve uygun parçacık dağılımına sahip oldukları görülmektedir. Şekil 6. MikroPEA 3 mikrokapsüllere ait parçacık kesiti-tanecik sayısı dağılım grafiği 3.2. DSC ile Mikrokapsül Termal Özelliklerinin Belirlenmesi Çalışma kapsamında üretilen MikroPEA1, 2 ve 3 kapsüllerinin DSC grafikleri sırası ile Şekil 7-9 da verilmiştir. MikroPEA1, mikropea2 ve mikropea3 kapsüllerinin DSC grafiklerinden elde edilen erime ve katılaşma sıcaklıkları ve entalpileri ise Tablo 3 te özetlenmektedir. 39

8 Teknolojik Araştırmalar: TTED 2009 (3) Isıl Enerji Depolama Đçin Poli(etil akrilat)/hekzadekan Şekil 7. MikroPEA1 mikrokapsülünün DSC eğrisi Şekil 8. MikroPEA2 kodlu mikrokapsülünün DSC eğrisi Şekil 9. MikroPEA3 kodlu mikrokapsülünün DSC eğrisi 40

9 Alay, S., Göde, F., Alkan, C. Teknolojik Araştırmalar: TTED 2009 (3) DSC (Şekil 7-9) grafikleri ve Tablo (Tablo 3) incelendiğinde MikroPEA 1 kapsülünün depo edebildiği ısı enerjisinin oldukça düşük olduğu görülmektedir. Tabloda farklı çapraz bağlayıcı kullanılarak üretilen poli(etil akrilat) mikrokapsüllerinin farklı gizli ısı depolama kapasitelerine sahip olduğu görülmektedir. Her üç mikrokapsül türünden etilen glikol dimetakrilat ve glisidil metakrilat çapraz bağlayıcı kullanılarak üretilen mikropea mikrokapsüllerin yüksek ısı depolama kapasitelerine sahip oldukları belirlenmiştir. Tablo 3. MikroPEA mikrokapsüllere ait DSC eğrilerinden alınan termal özellikleri. Erime Erime Katılaşma Mikrokapsül Katılaşma Sıcaklığı Entalpisi Entalpisi Kodu Sıcaklığı ( C) ( C) (j/g) (j/g) MikroPEA 1 13,89 9,23 12,25-7,19 MikroPEA 2 16,83 37,78 14,37-39,15 MikroPEA 3 18,02 51,58 15,59-43,52 MikroFDMler in çaplarının 1 ile 1000 µm (mikron) arasında değişmesi gerektiği tekstil liflerine aplike edilecek mikrokapsüllerin çaplarının 1,0 mikronun altında ve köpükler için kullanılacak mikrokapsüllerin mikron çaplarında olmasının uygun olacağı literatürde belirtilmiştir [24]. Dolayısıyla söz konusu mikrokapsüllerin ısı depolama kapasiteleri ve partikül boyutu açısından tekstil materyallerine aplikasyonu için uygun olduğunu söylemek mümkündür. Tablo 4 de MikroPEA mikrokapsüllere ait çekirdek madde (Hekzadekan) içeriğini gösteren eşitlik 1 ile hesaplanmış değerler verilmiştir. Bu sonuçlara göre, en yüksek oranda çekirdek maddesi içeren mikrokapsül MikroPEA 3 kodlu gilisidil metakrilat çapraz bağlayıcısı kullanılarak üretilen mikrokapsüldür. En düşük çekirdek maddesi ise alilmetakrilat çapraz bağlayıcısı kullanılarak üretilen mikrokapsüldür. Tablo 4. MikroPEA mikrokapsüllere ait çekirdek maddesi (Hekzadekan) içeriği. Mikrokapsül Mikrokapsül Çekirdek Mikrokapsül Çekirdek Mikrokapsül Erime Madde Duvar Maddesi ve Kodu Entalpisi Đçeriği Maddesi Erime Entalpisi (j/g) (%FDM) (j/g) MikroPEA1 9,2316 3,89 Hekzadekan MikroPEA2 Etil Akrilat 37, ,94 237,05 J/g MikroPEA3 51, , Mikrokapsüllerin Kimyasal Karakterizasyonu Üretilen poli(etil akrilat) mikrokapsüllerin kimyasal karakterizasyonu Fourier Dönüşümlü Kızılötesi (FT-IR) spektroskopisi ile gerçekleştirilmiştir. Farklı çapraz bağlayıcılar kullanılarak üretilen poli(etil akrilat) mikrofdmler e ait FT-IR spektrumları MikroPEA1, mikropea2 ve mikropea3 için sırasıyla Şekil de gösterilmiştir. 41

10 Teknolojik Araştırmalar: TTED 2009 (3) Isıl Enerji Depolama Đçin Poli(etil akrilat)/hekzadekan Şekil 10. MikroPEA1 mikrokapsüllerin FT-IR spektrumları Şekil 11. MikroPEA2 mikrokapsüllerin FT-IR spektrumları 42

11 Alay, S., Göde, F., Alkan, C. Teknolojik Araştırmalar: TTED 2009 (3) Şekil 12. MikroPEA3 mikrokapsüllerin FT-IR spektrumları Poli(etil akrilat)/hekzadekan mikrokapsüllerin FT-IR spektrumları incelendiğinde şu sonuçlara ulaşılabilir: i) Mikrokapsüllenmiş poli(etil akrilat)/hekzadekan parçacıkların FT-IR spektrumlarında hekzadekan ve etil akrilat monomerinin pikleri büyük ölçüde birlikte yer almaktadır. ii) Etil akrilat monomerinde yer alan ancak mikrokapsüllerin FT-IR spektrumlarında yer almayan 1100 cm -1 de görülen pikler monomerde bulunup polimerde yer almayan konjugasyon pikleridir. Monomerde görülen keskin pik polimerlerde kaybolmuştur. iii) Etil akrilat monomerinde görülen cm -1 deki C-H gerilme piklerinin şiddetleri 3500 cm -1 de görülen akrilat pikinin şiddetinden çok daha zayıf olmasına rağmen mikrokapsüllerde bu pik daha şiddetli seyretmiş hatta hekzadekan içeriği en fazla olan mikropea3 te 3500 cm -1 deki pikten daha şiddetli seyretmiştir. Bunun nedeni aynı bölgede hekzadekana ait piklerinde bulunmasıdır. Sadece bu durum bile mikrokapsüllerdeki hekzadekan varlığını ispatlamak için yeterlidir. Diğer taraftan C-H gerilme piklerinin daha şiddetli olarak ortaya çıkmasına sebep olan n- hekzadekana ait FT-IR spektrumlarında da 3500 cm -1 deki (akrilat malzemeye özgü olan) pik bulunmamaktadır. iv) Benzer bir açıklama aynı karbona 2 oksijen birden bağlı bulunması durumunda (karbondioksit spektrumu örnek olarak verilebilir) görülen 2300 cm -1 deki sivri pik içinde yapılabilir. Bu pik hekzadekanda hiç yer almazken monomerde çok belirgin bir biçimde görülmekte, polimerde ise şiddetinden azalmış haldedir. 43

12 Teknolojik Araştırmalar: TTED 2009 (3) Isıl Enerji Depolama Đçin Poli(etil akrilat)/hekzadekan 4. SONUÇLAR Bu çalışmada, emülsiyon polimerizasyonu yöntemi ile faz değiştiren madde olarak hekzadekan içeren, poli(etil akrilat) esaslı mikrokapsül üretimi üç farklı çapraz bağlayıcı varlığında 2000 d/d karıştırma hızıyla ve triton X-100 yüzey aktif maddesi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Üretilen mikrokapsüllerin elektron mikroskobu ile yapılan analizi neticesinde mikro parçacıkların tekstilde kullanılabilecek ölçekte düzgün dağılımlı olarak üretilebilmiştir. Gerçekleştirilen DSC analizleri üretilen mikrokapsüllerin özellikle etilen glikol dimetakrilat ve glisidil metakrilat çapraz bağlayıcıları kullanılarak üretilenlerin yeterli derecede enerji depolama maddesini hapsedebileceğini ortaya koymuştur. Glisidil metakrilat çapraz bağlayıcısı içeren mikrokapsüllerin enerji depolama maddesi hapsetme oranı etilen glikol dimetakrilat içeren mikrokapsüllerinkinden daha fazladır. Poli(etil akrilat)/hekzadekan mikrokapsüllerin yapısal karakterizasyonu FT-IR spektroskopisi yöntemi kullanılmak sureti ile aydınlatılmış olup FT-IR spektrumları kısmen de olsa hekzadekan içeriğini gösterir biçimde ortaya çıkmıştır. Elde edilen bulgulara göre etilen glikol dimetakrilat ve glisidil metakrilat çapraz bağlayıcısı kullanılarak üretilen kapsüllerin yüksek ısı depolama kapasitelerine sahip oldukları belirlenmiştir. Söz konusu iki mikrokapsülün boyut ve ısı depolama kapasitesi açısından tekstil ürünleri için kullanımının uygun olabileceği sonucuna ulaşılmıştır. Çalışmanın bundan sonraki aşamasında söz konusu mikrokapsüller farklı yöntemler ile lif ve kumaşlara aplike edilerek ısı depolama özellikli lif ve kumaş üretim olanakları araştırılacaktır. TEŞEKKÜR Bu çalışma S.D.Ü. Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon Birimi tarafından 1384-D-06 no lu proje ile desteklenmiştir. Ayrıca, mikrokapsül üretiminin gerçekleştirilmesinde laboratuar imkanlarını sağlayan GOP Üniversitesi, Fen Edebiyat Fakültesi, Kimya Bölümü, Fiziko Kimya Laboratuarı na teşekkür ederiz. 5. KAYNAKLAR 1. Chen, C., Wang, L., Huang, Y., 2008, A Novel Shape-Stabilized PCM: Electrospun Ultrafine Fibers Based On Lauric Acid/Polyethylene Terephthalate Composite, Material Letters, 62, Mattila, H.R., 2006, Intelligent Textiles and Clothing, Woodhead Publishing Limited, 506p. Cambridge. 3. Mondal, S., 2008, Phase Change Materials for Smart Textiles-An Overview, Applied Thermal Engineering, 28, Alkan, C., Sarı, A., Karaipekli, A., Uzun, O., 2009, Preperation, Characterization and Thermal Properties of Microencapsulated Phase Change Materials for Thermal Energy Storage, Solar Energy Materials & Solar Cells, 93, Cho, J.S., Kwon, A., Cho, C.G., 2002, Microencapsulation of Octadecane as a Phase-Change Material by Interfacial Polymerization in a Emulsion System, Colloid Polymer Science, 280, Fan, Y.F., Zhang, X.X., Wu, S.Z., Wang, X.C., 2005, Thermal Stability and Permeability of Microencapsulated n-octadecane and Cyclohexane, Thermochimica Acta, 429,

13 Alay, S., Göde, F., Alkan, C. Teknolojik Araştırmalar: TTED 2009 (3) Kim, E.Y., Kim, H.D., 2005, Preperation and Properties of Microencapsulated Octadecane with Waterborne Polyurethane, Journal of Applied Polymer Science, 96, Palanikkumaran M., Gupta, K.K., Agrawal, A.K., Jassal, M., 2009, Highly Stable Hexamethylolmelamine Microcapsules Containing n-octadecane Prepared by In Situ Encapsulation, Journal of Applied Polymer Science, 114, Sarı, A., Alkan, C., Karaipekli, A., Uzun, O., 2009, Microencapsulated n-octacosane As Phase Change Material For Thermal Energy Storage, Solar Energy, 83(10), Zhang, X.X., Fan, Y.F., Tao, X.M., Yick, K.L., 2004, Fabrication and Properties of Microcapsules and Nanocapsules Containing n-octadecane, Materials Chemistry and Physics, 88, Zhang, H., Wang, X., 2009, Fabrication and Performances of Microencapsulated Phase Change Materials Based on n-octadecane Core and Resorcinol-Modified Melamine-Formaldehyde Shell, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 332(2-3), Zou, G.L., Tan, Z.C., Lan, X.Z., Sun, L.X., Zhang, T., 2004, Preperation and Characterization of Microencapsulated Hexadecane Used for Thermal Energy Storage, Chinese Chemical Letters, 15(6), Alkan, C., Sarı, A., Uzun, O., 2006, Poly(ethylene glycol)/acrylic Polymer Blends as Form- Stable Phase Change Materials for Latent Heat Thermal Energy Storage Applications, AIChE J., 52(9), Meng, Q., Hu, J., A Poly(Ethylene Glycol)-Based Smart Phase Change Material, Solar Energy Materials & Solar Cells, 92, Casco, S., Ambrogi, V., Musto, P., Carfagna, C., 2006, Urea-Formaldehyde Microcapsules Containing an Epoxy Resin: Influence of Reaction Parameters on The Encapsulation Yield, Macromol. Symp., 234, Sun, G., Zhang, Z., 2002, Mechanical Strength of Microcapsules Made of Different Wall Materials, International Journal of Pharmaceutics, 242, Salaün, F., Devaux, E., Bourbigot, S., Rumeau, P., 2009, Development of Phase Change Materials in Clothing Part I: Formulation of Microencapsulated Phase Change, Textile Research Journal, September. 18. Wei, L., Xiang, Z.X., Chen, W.X., Jin, N.J., 2007, Preparation and Characterization of Microencapsulated Phase change Material with Low Remnant Frormaldeyde Content, Materials Chemistry and Physics, 106, Su, J.F., Wang, L.X., Ren, L., Huang, Z., 2007, Mechanical Properties and Thermal Stability of Double-Shell Themal-Energy-Storage Microcapsules, Journal of Applied Polymer Science, 103, Deveci, S.S., Basal, G., 2009, Preperation of PCM Microcapsules by Complex Coacervation of Silk Fibroin and Chitosan, Colloid Polymer Science, 287(12),

14 Teknolojik Araştırmalar: TTED 2009 (3) Isıl Enerji Depolama Đçin Poli(etil akrilat)/hekzadekan 21. Deveci, S.S., Basal, G., 2009, Microencapsulation by Complex Coacervation of Chitosan and Silk Fibroin, AUTEX World Textile Conference, May, Izmir, Turkey. 22. Özonur, Y., Mazman, M., Paksoy, H.Ö., Evliya, H., 2006, Microcapsulation of Coco Fatty Acid Mixture for Thermal Energy Storage with Phase Change Material, International Journal of Energy Research, 30, Hawlader, M.N.A., Uddin, M.S., Khin, M.M., 2003, Microcapsulated PCM Thermal-Energy Storage System, Applied Energy, 74, Boan, Y., 2005, Physical Mechanism and Charactarization of Smart Thermal Clothing, The Hong Kong Polytechnic University, PhD Thesis, Hong Kong. 46