Eş eksenli ve tek-düzeli elektro lif çekim yöntemleri ile gizli ısı depolayan kompozit nanolifli yüzey üretimi
Production of latent heat storing composite nanofiber web by co-axial and single-nozzle electrospinning methods
Yazar: GİZEM ÖZMEN
Danışman: DOÇ. DR. SENNUR ALAY AKSOY
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Tekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Tekstil ve Tekstil Mühendisliği = Textile and Textile Engineering

Özet:
Katı-sıvı organik faz değişim malzemeleri (FDMler) tekstil sektöründe, giysilerde ısıl konforu geliştirmek ve ısı düzenleme özellikli tekstil üretmek için kullanılmaktadırlar. Bu maddelerin önemli bir dezavantajı sıvı fazda yapıdan akarak uzaklaşmalarıdır. Bu nedenle katı-sıvı FDMlerin tekstil materyallerine aplikasyonu öncesinde taşıyıcı bir yapı içerisine enkapsülasyonu veya şekilsel olarak stabilize edilmiş malzemeye dönüştürülmesi gerekmektedir. Böylece FDM'nin sıvı fazda akarak uzaklaşması engellenmekte ve paket yapı içindeki sıvı, belirli bir hacimde katı formda tutulabilmektedir. Son yıllarda ise katı-sıvı FDMlerin nano boyutta paketlenmesi için elektro lif çekim tekniğinin kullanımı yoğun bir şekilde araştırılmaktadır.
Bu tez çalışmasında, yağ asitleri içeren gizli ısı depolama özellikli nanolif üretimi için elektro lif çekim metodu kullanılmıştır. Nanolif üretimi için iki tür elektro lif çekim yönteminden faydalanılmıştır. Bu yöntemlerden ilki eş eksen düzeli (iç içe geçmiş iki düze) elektro lif çekim sisteminde polimer duvar yapı içerisine FDM'nin enkapsülasyonudr. İkinci yöntem olarak, yağ asitleri nanolif üretiminde kullanılan polimer çözeltiler içerisinde karıştırılmış ve hazırlanan çözeltiden konvansiyonel tek düzeli sitem ile kompozit yapıda şekilsel olarak stabilize edilmiş nanolif üretimi gerçekleşirilmiştir. Üretilen nanolifli yapıların gizli ısı depolama/yayma özellikleri diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC), ısıl stabiliteleri termogravimetrik analiz (TGA), lif morfoloji ve çap dağılımları taramalı elektron mikroskobu (SEM), kimyasal yapıları ise Fourier Dönüşümlü Kızıl Ötesi (FT-IR) spektroskopisi yöntemleri ile analiz edilmiştir. 
Çalışma neticesinde, yağ asitlerinin her iki yöntem ile de polimetil metakrilat (PMMA) polimeri içerisine başarılı bir şekilde kapsüllendiği ve yüksek gizli ısı depolama kapasitesine sahip PMMA/yağ asidi kompozit nanoliflerin üretildiği belirlenmiştir. Eş eksenli düze yöntemi ile ısı depolama kapasitesi 144 j/g'a ulaşan PMMA/laurik asit nanolifler elde edilmiştir. Tek düzeli elektrolif çekim yöntemi ile nanolif üretiminde, PMMA polimer çözeltisine ilave edilen kaprik asit miktarı 10 g'dan 100 g'a arttığında liflerin ısı depolama kapasitesi 29 j/g'dan 150 j/g'a yükselmiştir. Ancak, polimer çözeltisine ilave edilen kaprik asit miktarı yükseldiğinde, üretilen nanoliflerin morfolojileri bozulmuştur. Genel olarak, eş eksenli düze sistemi kullanılarak üretilen liflerin daha düzgün morfolojiye sahip olduğu, tek düze sistemi ile üretilen nanolifli yapı içerisinde boncuk oluşumunun mevcut olduğu belirlenmiştir. Her iki yöntem ile üretilen nanolif yapısının yağ asitlerinin termal bozunma direncini artırdığı belirlenmiştir. 

Anahtar Kelimeler: Gizli ısı, faz değişim malzemesi, enkapsülasyon, eş eksenli elektro lif çekimi, nanolif, termal enerji depolama

Abstract:
Solid-liquid organic phase-changing materials (FDMs) are used in the textile industry to improve thermal comfort in garments and to produce textiles with thermoregulation properties. An important disadvantage of these substances is leakage in liquid phase from the structure. For this reason, solid-liquid FDMs must be encapsulated into a carrier structure before application to textile materials or transformed into a shape stabilized material. Thus, FDM is prevented from leakage in the liquid phase and the liquid can be kept in solid form in a certain volume. In recent years, the use of electrospinning technique for packaging solid-liquid FDMs in nanoscale has been investigated intensively.
In this thesis, electrospinning method was used for latent heat storage nanofiber production containing fatty acid based FDM. Two types of electrospinning methods were used for nanofiber production. The first of these methods was the encapsulation of FDM into the polymer wall structure in the coaxial (two nested nozzles) electrospinning system. As the second method, fatty acids were mixed in polymer solutions used in nanofiber production and composite shape stabilized nanofiber production was performed from the prepared solutions with a conventional single nozzle needle system. The nanofibers analyzed by differential scanning calorimetry (DSC) for latent heat storage and releasing properties, by thermogravimetric analysis (TGA) for thermal stability. The fiber morphology and diameter distribution were analyzed by scanning electron microscopy (SEM), and their chemical structures were analyzed by Fourier Transform Infrared (FT-IR) spectroscopy method.
As a result of the study, it was determined that fatty acids were successfully encapsulated into poly(methyl methacrylate) (PMMA) polymer by both methods and PMMA/fatty acid composite nanofibers with high latent heat storage capacity were produced. PMMA/lauric acid nanofibers with a heat storage capacity of 144 j/g were obtained using the coaxial electrospinning method. When the amount of capric acid added to the PMMA polymer solution increased from 10 g to 100 g in nanofiber production by the single nozzle electrospinning method, the heat storage capacity of the fibers increased from 29 j / g to 150 j/g. However, when the amount of capric acid added to the polymer solution increased, the morphology of the nanofibers produced was distorted. Generally, it has been determined that the fibers produced by using the coaxial nozzle system have a smoother morphology and there is bead formation in the nanofiber structure produced with the single nozzle system. It was determined that the nanofiber structure produced by both methods increases the thermal degradation resistance of fatty acids.

Keywords: Latent heat, phase change material, encapsulation, co-axial electrospinning, nanofiber, thermal energy storage