Isıl enerji depolama amaçlı stearik asit'in pmma ve ps polimerleriyle mikro/nano boyutlarında kapsüllenmesi ve karakterizasyonu
Micro/nano encapsulation and characterizatin of stearic acid by using pmma and ps polymer for thermal energy storage
Yazar: AYŞE GÜL KÜÇÇÜK
Danışman: PROF. DR. AHMET SARI
Gaziosmanpaşa Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Bu çalışmada; stearik asit'in (SA)'in polimetilmetakrilat ve polistiren (PS) ile mikro/nano boyutta kapsüllenmesi, kimyasal karakterizasyonu, morfolojik yapısının incelenmesi ve ısıl enerji depolama özelliklerinin belirlenmesi amaçlanmıştır.  Emülsiyon polimerizasyonu kullanılarak PS/SA and PMMA mikro/nano kapsülleri başarılı bir şekilde sentezlendi. Hazırlanan kapsüllerde PS ve PMMA kabuk malzemesi olarak görev yaparken, SA çekirdek maddesi olarak işlev görmektedir. Monomer (stiren)/FDM (SA) oranı, homojenizasyon hızı, sıcaklık, yüzey aktif madde ve çapraz bağlayıcı miktarı ve çeşidi gibi deneysel parametreler sistematik olarak optimize edildi. SA etrafındaki polimer kabuk oluşumu FT-IR spektroskopi analizi ile doğrulandı. Hazırlanan PMMMA/SA and PS/SA mikro/nano kapsüllerin morfolojileri, polarize optik mikroskop POM) ve SEM analiz teknikleri ile incelenirken, kapsül çap dağılımları ise, PSD analizi ile belirlendi. POM ve SEM analiz bulgular; hazırlanan partiküllerin büyük çoğunluğunun tek bir boyut aralığında (0,01 -75 µm) küresel şekle sahip olduğunu, fakat yine de bir kısım kürelerin bir araya gelerek kümeleştiğini göstermiştir. Gerçekleştirilen DSC analizi ile, en yüksek oranda SA içeren PS/SA(1:1) ve PMMA/SA(1:1) mikro/nano kapsüllerin faz değişim sıcaklıkları sırasıyla; 65,36oC ve 64,58 ve ısıl enerji depolama kapasiteleri; 124,98 J/g ve 123,30 J/g olarak ölçülmüştür. PMMA/SA ve PS/SA mikro/nano kapsüller 5000 kez ardışık tekrarlanan ısıtma-soğutma işleminden sonra bile, ısıl enerji depolama özelliklerini önemli ölçüde koruyabildiklerini ortaya koymuştur. Ayrıca, Termogravimetrik analiz (TG) metoduyla, kapsüllerin ısıl bozunma alt limit sıcaklıkları ölçülmüştür. Elde edilen tüm bulgular; hazırlanan kapsüllerinin güneş enerjisi ile pasif ısıl enerji depolama için umut verici olduğunu ortaya koymuştur.

Abstract:
In this study, it is aimed to characterize chemical structure, investigate the morphological structures and determinate the thermal energy storage properties of micro/nano encapsulated stearic acid (SA) into polymethymethylacrylate (PMMA) and polystyrene (PS). PMMA/SA and PS/SA micro/nano capsules were synthesized successfully by using emulsion polymerization method. In the prepared capsules, PMMA and SA have a function of shell material while SA acts as a core material. The experimental parameters such as monomer (styrene)/PCM (SA) ratio, homogenization rate, temperature, amounts and kinds of surface active agent and cross-linking agent were optimized systematically. The PMMA and SA shell formations around the SA were confirmed by FTIR spectroscopy analysis. The morphologies of the prepared PMMA/SA and PS/SA capsules were investigated by SEM and POM analyses while the particle size distribution of the capsules was PSD analysis. The POM and SEM results showed that the most of the capsules have spherical shape with unique size range (0.01 -75 µm). However, the results indicated that some part of the capsules have clustered-structure. The DSC measurements revealed that the prepared PS/SA (1:1) ve PMMA/SA (1:1) capsules with highest amount of SA have melting temperatures and latent heats of fusion of 65,36oC and 64,58, 124,98 J/g and 123,30 J/g, respectively. The thermal cycling test including 5000 melting/freezing cycles exposed that the synthesized PMMA/SA ve PS/SA capsules maintained their thermal energy storage properties. Also, sub temperature values regarding the thermal degradation of the capsules were measured by using thermogravimetric analysis (TGA). All results indicated that the fabricated capsules are promising for passive solar thermal energy storage.