Uzak kızılötesi ışın (FIR) yayma özelliğine sahip kumaşların geliştirilmesi üzerine bir çalışma
A study on designing fabrics that has the feature of emitting far infrared rays (FIR)
Yazar: İSMAİL YÜCE
Danışman: PROF. DR. SUAT CANOĞLU ; PROF. DR. SEVHAN MÜGE YÜKSELOĞLU
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Tekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Tekstil ve Tekstil Mühendisliği = Textile and Textile Engineering
Dizin: Akıllı tekstil = Smart textile ; Biyoseramikler = Bioceramics ; Kumaşlar = Fabrics ; Kızılötesi ışık = Infrared light

Özet:
Kızılötesi (Kızılaltı, IR veya Infrared) ışınım, dalga boyu görünür ışıktan uzun, fakat terahertz (THz) ışınımdan ve mikrodalgadan daha kısa olan elektromanyetik ışınımdır. Uzak kızılötesi ışınım (FIR) 5.6-1000 μm aralığındaki ışınları kapsar ve bu ışınlar güneş ışınları, insan vücudu, metaller ve bazı mineraller tarafından saçılmaktadır. 4-14 μm aralığındaki FIR ışınları, hücre büyümesi için faydalı olarak kabul edilir ve insan vücudu da bu ışınları yaklaşık 9.5 μm dalga boyunda yayar. Çeşitli çalışmalar ile bu ışınların insan vücuduna faydalı olduğu ortaya konmuştur.
Bu tez çalışmasında, aynı yapısal özelliklerde üretilen kumaşlara uzak kızılötesi özelliği kazandırmak, kumaşların emisivite/yayıcılık ve diğer analizlerinin yapılması amaçlanmıştır. Kumaşlara uzak kızılötesi ışın (FIR) yayma özelliği kazandırabilmek amacıyla uzak kızılötesi ışınları yayabilen biyoseramik nanopartiküller (tozlar) kullanılmıştır. Bu nanopartiküller, kumaş üzerine kaplama yöntemiyle aplike edilmiştir. Çalışmada, beş farklı hammadden elde edilen kumaş tipi (%100 pamuk, %100 yün, %50-50 pamuk/polyester, %100 akrilik, %100 viskon) altı farklı biyoseramik (TiO2, CeO2, SiO2, MgO, Al2O3, ZnO) nanopartikül ile kaplanmıştır. Uzak kızılötesi ışınları yayma değerlerinin daha sağlıklı değerlendirilebilmesi için kaplama yapılan kumaşlar aynı iplik numarası (30 Tex) ve aynı dokuma konstrüksiyonunda (1/1 Bezayağı) üretilmiştir. Elde edilen tüm kumaşların uzak kızılötesi yayma değerleri ölçülmüş olup, uygulama alanı olarak tarım teknik tekstillerinde kullanımları incelenmiştir.
Kaplamalardaki biyoseramik nanopartikül mevcudiyeti SEM ile gözlenmiş ve değerlendirilmiştir. SEM görüntüleri incelendiğinde partiküllerin agregasyon/kümeleşme oluşturduğu ve homojen dağılmadığı gözlenmiştir.
Elde edilen numunelerin uzak kızılötesi yayıcılıklarının etkisini belirlemek için emisivite ölçümü yapılmıştır. Emisivite ölçümleri iki farklı yöntem ile gerçekleştirilmiştir. Bu yöntemlerden birincisinde, emisivite değerleri IR kamera kullanılarak ölçülmüştür. İkinci yöntemde ise zayıflatılmış toplam yansımalı fourier dönüşümlü kızıl ötesi spektrometresi (ATR FTIR) cihazında, 8-14 μm dalga boyu aralığında ölçülen absorbans verileri kullanılarak Plank denklemi ile emisivite değerleri hesaplanmıştır. Her iki yöntemde elde edilen sonuçlar incelendiğinde kaplama yapılmış kumaşlardaki nanopartikül varlığının emisivite değerlerini arttırdığı gözlenmiştir. ATR FTIR ölçümleri ile aynı zamanda kumaşların iç bağlarının analizi yapılmış olup kumaş üzerindeki biyoseramik partiküllerin varlığı tespit edilmiştir.
Çalışma kapsamında kumaşlara iki farklı termal test uygulanmıştır. Bu testlerden birisi, çalışmada elde edilen tüm kumaş yüzeylerine uygulanan ısı tutma testleri, diğeri ise kaplamaların termal iletkenliğe olan etkisinin incelenmesine yönelik uygulanan testlerdir. Isı tutma testleri sonucunda, kaplanmış kumaşların ısı tutma değerlerinin kaplanmamış kumaşlara göre yüksek olduğu tespit edilmiştir. Ayrıca çalışmada kullanılan kumaşlara; hava geçirgenlik, aşındırma (martindale), hidrostatik su basıncı, kan akış testi, bitki yetiştirme testleri yapılmış ve değerlendirilmiştir.
Yapılan tez çalışması ülkemizde bu alanda ilk olup, FIR tekstilleri ile ilgili bir farkındalık oluşturacağı düşünülmektedir. İlerleyen süreçte araştırmacılar tarafından daha fazla çalışma ortaya konulacağı kanaati ile bu alandaki çalışmaların yaygınlaşacağı ve aynı zamanda çalışmanın bundan sonraki çalışmalara yön vereceği de düşünülmektedir.

Abstract:
Infrared (IR) radiation is electromagnetic radiation with a wavelength longer than visible light but shorter than terahertz (THz) radiation and microwaves. Far infrared radiation (FIR) includes rays in the range of 5.6-1000 μm, and these rays are emitted by sun rays, human body, metals and some minerals. FIR rays in the 4-14 μm range are considered beneficial for cell growth, and the human body also emits these rays at a wavelength of about 9.5 μm. Various studies have shown that these rays are beneficial for the human body.
In this thesis, it is aimed to give far infrared properties to fabrics produced with the same structural properties and make emissivity and other analyzes of fabrics. Bioceramic nanoparticles (powders) that can emit far-infrared rays were used in order to impart FIR property to fabrics. These nanoparticles were applied on the fabric by coating method. In the study, fabric types obtained from five different raw materials (100% cotton, 100% wool, 50-50% Cotton/PES, 100% acrylic, 100% viscose) were used and coated with six different bioceramic (TiO2, CeO2, SiO2, MgO, Al2O3, ZnO) nanoparticles. The coated fabrics were produced with the same yarn count (30 Tex) and the same weaving construction (1/1 Plain) in order to evaluate the far infrared rays emission values in a better way. Far infrared emission values of all obtained fabrics were measured, and their use in agricultural technical textiles was examined.
The presence of bioceramic nanoparticles in the coatings was observed and evaluated by SEM electron microscopy. When the SEM images were examined, it was observed that the particles formed aggregation and were not homogeneously dispersed.
Emissivity measurement was made to determine the effect of far infrared emissivity of the obtained samples. Emissivity measurements were carried out with two different methods. In the first of these methods, emissivity values were measured using an IR camera. In the second method, emissivity values were calculated with the Plank equation by using the absorbance data measured in the 8-14 μm wavelength range in an attenuated total reflection-fourier transform infrared spectrometer (ATR FTIR). When the results obtained in both methods were examined, it was observed that the presence
of nanoparticles in the coated fabrics increased the emissivity values. At the same time, with ATR FTIR measurements, the internal bonds of the fabrics were analyzed.
Within the scope of the study, two different thermal tests were performed on the fabrics. One of these tests is heat retention tests on all fabric surfaces obtained in the study, and the other is the examination of the effect of coatings on thermal conductivity. The thermal conductivity test was applied to a different fabric from the fabrics produced within the scope of the study. As a result of the heat retention tests, it was observed that the heat retention values of the coated fabrics were higher than the uncoated fabrics.
In addition to all fabric, air permeability, abrasion (martindale), blood flow test and plant growth tests were performed and evaluated.
The thesis study is the first study in this field in our country, and it is thought that this stuy will create an awareness about FIR textiles. It is also thought that the studies in this field will become widespread with the belief that more studies will be put forward by the researchers in the future, and it will also guide future studies.