Polistiren esaslı yeni katı-katı faz değişim maddelerinin sentezi, karakterizasyonu ve ısıl enerji depolama özelliklerinin belirlenmesi
Synthesis, characterization and determination of thermal energy storage properties of polystyrene-based new solid-solid phase change materials
Yazar: ALPER BİÇER
Danışman: PROF. DR. AHMET SARI ; PROF. DR. CEMİL ALKAN
Gaziosmanpaşa Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Enerji = Energy ; Kimya = Chemistry ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Enerji depolama = Energy storage ; Polistiren = Polystyrene

Özet:
Termal enerji depolama uygulamalarında genellikle katı-sıvı faz değişim maddeleri (KSFDM) kullanılmaktadır. Bu tip depolamada enerji depolayıcı malzemeler bir dış kaba gereksinim duyarlar.  Bu amaçla KSFDM'ler polimerik malzemelerle makro ve mikro ölçekte kapsüllenmektedir. Ancak katı-sıvı faz değişim maddelerinin bazı işlenebilme dezavantajları uygulama alanlarını sınırlamaktadır. Bu sebeple son birkaç yılda faz değişim maddeleri konusunda yapılan çalışmalar KKFDM'ler üzerine yönelmiştir. Bu çalışmada, farklı molekül ağırlığı ve erime sıcaklıklarına sahip 4 farklı yağ asidi (laurik asit, miristik asit, palmitik asit, stearik asit) ve 3 farklı PEG  (PEG1000, PEG6000, PEG10000) kopolimer yapısında yeni bir seri KKFDM üretmek için stirenik polimerlere bağlanmıştır. Elde edilen polistirenik ürünler yağ asidi ve PEG grubu gibi yan zincirler içeren KKFDM'ler olmuştur. Polimerik reaksiyondan önce yağ asitleri reaktivitelerinin arttırılması ve  polistirenik zincirlerine kolaylıkla bağlanabilmesi için asit klorüre dönüştürülmüştür. Kopolimerleşme reaksiyonları farklı molekül ağırlığı yağ asitleri ve PEG'ler için farklı bağlanma oranlarıyla tekrarlandı. Üretilen KKFDM'lerin kimyasal karakterizasyonu FT-IR spektroskopisi ve 1H NMR spektroskopi teknikleri kullanılarak yapıldı. Sentezlenen KKFDM'lerin katı-katı faz değişim sıcaklık aralığı (-19) - 67 °C ve faz değişim entalpisi ise 17-193 J/g aralığında değişmektedir. Üretilen KKFDM'lerin katı katı dönüşüm sıcaklıkları ve entalpileri DSC analiz tekniğiyle bozunma sıcaklıkları da TGA yöntemi ile belirlenmiştir. KKFDM'lerin ısıl güvenilirlikleri ise ısıl dönüşüm cihazı ile 5000 kez ısıtma-soğutma dönüşümünden sonra FT-IR spektroskopisi ve DSC ölçümleri alınarak test edilmiştir. Isı transfer etkinliğinin analiz edilmesi için ısıl iletkenlik ölçümleri yapılmıştır. KKFDM'lerin yüzey analizleri polarize optik mikroskobu kullanılarak incelenmiştir.

Abstract:
Solid-liquid phase change materials (SLPCM) are mostly used in thermal energy storage processes. Energy storage materials need an external container in such type storage. For this reason, SLPCMs are encapsulated in macro and micro scales in polymeric materials. However, some disadvantages of SLPCMs resulted from processing limit their applicability.  In last few years, studies on the PCMs turned to solid-solid PCMs (SSPCMs). In this regard, in this study, Four different fatty acids (lauric acid, myristic acid, palmitic acid, stearic acid) and three different PEGs (PEG1000, PEG6000, PEG10000) with different molecular weights and melting temperatures were grafted to styrenic polymers to fabricate a series of new SSPCMs with copolymeric structures. The obtained polystyrenics products were comb-like SSPCMs including side chain as fatty acid or PEG groups. Before the polymeric reactions, fatty acids were converted to fatty acid chlorides to increase their reactivity and bonding ability to systyrenic backbones.  The copolymerization reactions were repeated at different grafting ratios for fatty acids and PEGs with different molecular weights.  The fabricated SSPCMs were chemically characterized by using FT-IR spectroscopy and 1H NMR spectroscopy techniques. Solid-solid phase change temperatures and enthalpies of the produced SSPCMs were measured by using DSC analysis technique. The solid-solid phase change temeparures and latent heat values of the synthesized SSPCMS were changed between (-19) - 67 °C and 17-193 J/g, respectively. The thermal degradation temperatures of the SSPCMs were determined by using TGA method. Thermal reliability of the SSPCMs were investigated by using FT-IR spectroscopy and DSC heating-cooling cycles repeated for 5000 times. Thermal conductivity measurements of the SSPCMs were performed to indicate their heat transfer efficiency. The morphological analyses of the SSPCMs were studied by using POM technique.