Fonksiyonel gruplara sahip polimerlerin ısıl enerji depolama amaçlı faz değişim maddelerinin mikro-kapsüllenmesinde kullanılması
Useage of polymers having functional groups for microencapsulation of phase change materials for thermal energy storage
Yazar: KASIM AKSOY
Danışman: PROF. DR. CEMİL ALKAN
Gaziosmanpaşa Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Kimya = Chemistry ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Bu çalışmada, hidroksil, amin ve karboksil reaktif grupları bulunan sentetik polimerler ve biyo-uyumlu doğal polimerler kullanılarak parafin esaslı faz değiştiren maddelerin kompleks koaservasyon yöntemiyle mikrokapsüllenmesi gerçekleştirilmiştir. Kompleks koaservasyon metodunda, yağlı bir çekirdek madde polikatyon ve polianyon zıt yüklü iki polimer kolloid içerisinde emülsiyonlaştırılmakta ve oluşan polimer kompleks yapı ile kapsüllenmektedir. Polimer kompleks duvar yapının oluşumu, belirli pH değerinde zıt yükle yüklenen polimerler arasındaki iyonik etkileşimler ile sağlanır. Bu sistemde önemli nokta, sistemin pH'ının polimer zincirlerindeki fonksiyonel grupların iyonik karakter gösterdiği değere ayarlanmasıdır.  Bu çalışmada mikrokapsül duvar yapısını oluşturmak için polikatyon olarak kitosan, jelatin polimerleri,  polianyon olarak polivinil alkol ve sodyum alginat polimerleri kullanılmıştır. Kitosan/sodyum alginat,polivinil alkol/jelatin ve kitosan/polivinil alkol duvarlı, n-eykosan, n-hekzadekan ve n-oktadekan çekirdekli ısı depolama özellikli mikrokapsül üretimi ve karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Polimer duvar oranları kitosan/sodyum alginat polimer çifti için 1:1 ve 1:2,  polivinil alkol/jelatin çifti için 1,5:1 ve kitosan/ polivinil alkol çifti için 1:2 olarak kullanılmıştır. Mikrokapsül duvar ve çekirdek madde oranı tüm mikrokpsüller için 1:1,5 olarak kullanılmıştır. Emülsiyon oluşturmak için farklı HLB (Hidrofilik-Lipofilik Denge) değerine sahip Span 20, Tween 20, Tween 40 ve Tween 80 yüzey aktif maddeleri kullanılmıştır. Çalışma sonunda elde edilen mikrokapsüllerin ısı depolama ve yayma entalpileri ve sıcaklıkları diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) cihazı ile belirlenirken, kimyasal karakterizasyonu FT-IR spektroskopisi ile yapılmıştır. Mikrokapsüllerin ortalama parçacık boyutu ve parçacık boyut dağılımı parçacık boyutu analiz edici sistem (PSD) kullanılarak belirlenirken, morfolojileri taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile incelenmiştir.

Abstract:
In this study, microencapsulation of parafinic phase change materials by complex coacervation method was carried out by using either synthetic or biocompatible natural polymers having hydroxyl, amine and carboxyl reactive groups. In complex coacervation method, an oil core material was emulsified in a polymer colloid containing polycation and polyanion polymer and encapsulated by polymer complex shell structure. Polymer complex shell structure of the microcapsules was formed by ionic interaction between the oppositely charged polymers at certain pH value. The important point is to adjust the pH to the value that the functional groups on polymer chains have ionic character.  In this study, chitosan and gelatin as the polycation polymer, polyvinyl alcohol and sodium alginate as polyanion polymer was used to form the microcapsule wall structure. Production and characterization of heat-storing microcapsules with chitosan/sodium alginate, polyvinyl alcohol/gelatin and chitosan/polyvinyl alcohol wall and n-eicosane, n-hexadecane and n-octadecane core were carried out. Polymer wall material ratios were used as 1:1 and 1:2 for chitosan/sodium alginate, 1.5:1, for polyvinyl alcohol/gelatine, and 1:2 for chitosan/polyvinyl alcohol polymer  pairs. Microcapsule wall/core material ratio was used as 1:1.5 for all microcapules. Span 20, Tween 20, Tween 40 and Tween 80 as surface active material having different HLB (Hydrophilic-Lipophilic Balance) were used. The chemical characterization of microcapsules was made by Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy method as heat storage and release enthalpies and temperatures of microcapsules was determined by a Differential Scanning Calorimeter (DSC). The morphology of microcapsules were analyzed Scanning Electron Microscopy (SEM) instruments as particle size and its distribution (PSD) were studied by particle sizer instrument.