Isıl enerji depolama kapasitesine sahip UV ışınlarıyla sertleşebilen kompozit yapıların geliştirilmesi
Development of UV-curable composite materials for thermal energy storage
Yazar: EMRE BAŞTÜRK
Danışman: PROF. DR. MEMET VEZİR KAHRAMAN
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Organik Kimya Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Faz değişim malzemeleri (FDM); sabit bir sıcaklıkta faz değişimi göstermeleri, birim hacim başına büyük ölçüde gizli ısı depolama kapasiteleri nedeniyle ısıl enerji depolama sistemleri için gelecek vaat eden malzemelerdir. Faz değişim malzemeleri bir fazdan diğer faza geçerken, erime ve donma çevrimleri sırasında ısıl enerjiyi soğuran, depolayan ve yayan malzemelerdir. Faz değişim malzemeleri birçok avantaj ve dezavantajlara sahiptirler. Faz değişim malzemeleri uygun sıcaklıklarda faz değişimi göstermeleri, yüksek gizli ısıya sahip olmaları gibi avantajlara ve faz değişim sürecinde düşük ısıl iletim performansına sahip olmaları, stabil olmamaları ve faz değişimi sırasında akma problemi göstermeleri gibi dezavantajlara sahiptirler. Bu tez çalışmasında, faz değişim malzemelerinin göstermiş olduğu akma problemi, yağ alkollerinin fotoçapraz bağlanmış polimerik sistemler ile kaplanarak ve mikroenkapsüle edilerek çözülmüştür.
Çalışmanın birinci bölümünde, UV ışınları ile sertleştirme tekniği kullanılarak fotoçapraz bağlanmış oktadekanol, eikosanol ve dokosonol esaslı faz değişim malzemeleri hazırlanmıştır. Akrillenmiş soya yağı epokside soya ile akrilik asit reaksiyonu ile hazırlanmıştır. UV ışınları ile sertleştirilmiş faz değişim malzemelerinin ısıl özellikleri diferansiyel taramalı kalorimetri ile incelenmiştir. Erime ve donma çevrimlerinde akrillenmiş soya yağı herhangi bir faz değişim özelliği göstermezken, buna karşın yağ alkolu içeren formülasyonlar endotermik ve ekzotermik özellikler göstermişlerdir. 
Çalışmanın ikinci bölümünde, yağ alkolu içeren fotoçapraz bağlanmış tiyol-en esaslı polimerler hazırlanmış ve faz değişim malzemelerinin özelikleri incelenmiştir.  Bu çalışmada tiyol-en esaslı polimer matriks akma problemini çözmek için kullanılmıştır.

Çalışmanın üçüncü bölümünde, UV ışınları ile sertleştirilmiş iç içe geçmiş polimer ağsı yapılı faz değişim malzemeleri hazırlanmıştır. Hazırlanan bu çalışma literatürde bulunmamaktadır. Bu çalışmada, tetradekanol, hekzadekanol ve oktadekanol yağ alkollerini içeren iç içer geçmiş polimer ağsı yapılı faz değişim malzemeleri hazırlanmıştır. Malzemelerin hazırlanmasında katyonik ve radikalik UV polimerizasyonu kullanılmıştır.
Çalışmanın son bölümünde, UV ışınları ile sertleştirilen mikroenkapsüle edilmiş organik-inorganik faz değişim malzemeleri hazırlanmıştır. Hazıralanana mikro-FDM'lerin yağ alkolleri çekirdek ve metakrillenmiş poliakrilik asit polimeri ise kabuk kısmını oluşturmuştur. Hazırlama işlemi sırasında sol-gel yöntemi ve UV ışınbları ile kürleme teknikleri kullanılmıştır. Hazırlanan formülasyonlarda mikro-FDM'ler içerisindeki oktadekanol ve eikosanol içerikli çekirdek malzemelerinin yüzdesi arttıkça, erime ve donma entalpi değerleri de artmıştır.
Hazırlanan tüm faz değişim malzemeleri ısıl enerji depolama uygulamaları için kullanımı umut vaat etmektedir.

Abstract:
Phase change materials (PCMs) are promising materials for thermal energy storage systems due to their capacities to accumulate high latent heat storage per unit volume by phase change at an almost constant temperature. PCMs are being utilized to absorb, collect, and discharge thermal energy during the cycle of melting and freezing, converting from one phase to another. Phase change materials have their own advantages and disadvantages, phase change material has the advantage of a suitable temperature phase transition, a large latent heat, the disadvantage is the phase change process heat transfer performance is relatively poor, unstable, and some liquid phase leakage. In this thesis, leakege problem is minimized by coating and microencapsulation of the fatty alcohols with a photo-crosslinked polymeric system.
In the first chapter, a novel photocrosslinked phase change materials (PCMs) based on octadecanol, eicosanol and docosanol have been prepared by UV technique. Epoxidized soybean oil was reacted with acrylic acid to form acrylated soybean oil. Thermal performances of UV-cured PCMs were investigated by differential scanning calorimeter (DSC). Acrylated soybean oil sample does not exhibit phase change properties during heating and freezing run, while for the formulations containing fatty alcohols, endothermic and exothermic behavior scan be observed.
In the second chapter, photo-crosslinked thiol-ene based polymers containing fatty alcohols were prepared and characterized for the purpose of phase change materials (PCMs). The thiol-ene based photo-crosslinked polymer in our study acts as a matrix, which is minimizing leakage. 
In the third chapter, a novel UV-cured interpenetrating polymer networked phase change materials (IPN-PCMs), on which no article has been found in the so far published research. Organic–inorganic hybrid interpenetrating polymer networked (IPN) materials containing both cationic and radical sections and IPN-PCMs containing tetradecanol, hexadecanol, and octadecanol were prepared.
In the final chapter, UV-curable microencapsulated organic–inorganic hybrid phase change materials (micro-PCMs) were prepared; the micro-PCMs, which are based on a fatty alcohol core and a methacrylated polyacrylic acid (m-PAA) shell, were prepared by the sol–gel and UV-curing techniques. Polyacrylic acid (PAA) was reacted with glycidylmethacrylate to form methacrylated polyacrylic acid. Phase change properties of UV-cured hybrid micro-PCMs were investigated by differential scanning calorimeter (DSC). An increase in microcapsule content resulted in an increase in the melting and freezing enthalpy of micro-PCMs for both the octedanol and the eicosanol core components.
All the prepared phase change materials have be promising and useful in thermal energy storage applications.