Faz değiştiren malzeme katkılı selülozik tekstil materyallerinin termoregülasyon performanslarının incelenmesi

Abstract

Isı yönetimi amacıyla ortam sıcaklığına göre sıcaklığı düzenleyebilen yeni nesil tekstillerin tasarımında faz değiştiren malzemelerin (FDM) kullanımı önemli hale gelmiştir. Bu tez çalışmasında, yüksek ısı kapasitesine sahip metil palmitat (MP) gözenekli formdaki diatomite kütlece 6 farklı oranda (%30, %35, %40, %50, %53 ve %55) doğrudan emdirme yöntemiyle emdirildi. Diatomitin sızıntı olmaksızın absorplayabileceği en yüksek MP oranını belirleyebilmek amacıyla hazırlanan MP/Diatomit kompozitlerine sızıntı testi uygulandı. Sızıntı test sonuçlarına göre, kütlece %53 ve %55 MP ihtiva eden kompozitlerde sızıntı gözlenirken, kütlece %30 ile %50 aralığında MP içeren kompozitlerde sızıntı meydana gelmedi. Bu nedenle, selülozik kumaş kaplama işlemlerinde kütlece %50 MP içeren kompozitler kullanıldı. Hazırlanan MP/Diatomit kompozit, kütlece 3 farklı oranda (%10, %20 ve %30) oda sıcaklığında kürlenebilen iki bileşenli silikon matrise ilave edildi ve oluşan kompozit-silikon karışım ile kumaş yüzeyi kaplandı. FTIR sonuçları, diatomit ve MP arasında herhangi bir kimyasal etkileşimin olmadığını göstermiştir. MP/Diatomit kompozitinin erime ve donma gizli ısıları sırasıyla 126,2 J/g ve 125,7 J/g'dır. Kompozit-silikon karışımı ile kaplı kumaşların erime (7,4 J/g'dan 24,2 J/g'a) ve donma (7,1 J/g'dan 23,8 J/g'a) entalpilerinde artış meydana gelmiştir. 600 termal döngü sonrasında, kaplı kumaşların hem faz geçiş sıcaklıklarında hem de gizli ısılarında ciddi bir fark gözlenmemiştir. SEM-EDS analizleri, kaplama tabakasının 10 yıkamaya karşı dayanım sergileyerek tekstil yüzeyinde kalıcılığını koruduğunu göstermektedir. Kütlece %30 kompozit-silikon kaplama patı ile kaplı kumaşın termoregülasyon performansı, gerçek atmosferik şartlar altında deneysel olarak incelenmiştir. Kompozit-silikon kaplı kumaş, yoğun güneş radyasyonu altında gündüz en yüksek sıcaklıklarını 6,4 ˚C'ye kadar düşürürken, gün batımından sonra gizli ısı salınımı sayesinde kısa süreli ısıtma da sağlamıştır. Sıcaklık farkı analizinden, FDM varlığının kısa süreli bir ısıtma katkısının yanı sıra daha etkin ve uzun süreli soğutma etkisi gösterdiği anlaşılmaktadır. Bu sayede, odanın ısıtılması veya soğutulması için gerek duyulan enerji yükü azaltılarak enerji tasarrufu mümkün olabilir.

The use of phase change materials (PCMs) has become increasingly important in the design of next-generation textiles capable of regulating temperature according to ambient conditions for thermal management. In this thesis, methyl palmitate (MP), which has a high heat storage capacity, was impregnated into porous diatomite at six different mass ratios (30%, 35%, 40%, 50%, 53%, and 55%) using a direct impregnation method. In order to determine the maximum MP ratio that diatomite can absorb without leakage, leakage tests were applied to the prepared MP/diatomite composites. According to the leakage test results, leakage was observed in composites containing 53% and 55% MP by weight, whereas no leakage occurred in composites containing MP in the range of 30% to 50% by weight. Therefore, composites containing 50% MP by weight were used in cellulosic fabric coating processes. The prepared MP/diatomite composite was added to a room-temperature-curable two-component silicone matrix at three different mass ratios (10%, 20%, and 30%), and the fabric surface was coated with the resulting composite–silicone mixture. FTIR results showed that there was no chemical interaction between diatomite and MP. The melting and solidification latent heats of MP/diatomite composite were 126,2 J/g and 125,7 J/g, respectively. An increase was observed in the melting (from 7,4 J/g to 24,2 J/g) and solidification (from 7,1 J/g to 23,8 J/g) enthalpies of the fabrics coated with the composite–silicone mixture. After 600 thermal cycles, no significant differences were observed in either the phase transition temperatures or the latent heat values of the coated fabrics. SEM-EDS analyses demonstrated that the coating layer maintained its durability against 10 washing cycles and preserved its permanence on the textile surface. The thermoregulation performance of a fabric coated with composite-silicon coating paste (30% by mass) was experimentally investigated under real atmospheric conditions. The composite-silicon coated fabric reduced peak daytime temperatures by up to 6.4 ˚C under intense solar radiation, while also providing short-term heating after sunset due to latent heat release. Temperature difference analysis revealed that the presence of the composite-silicon coated fabric provided not only a short-term heating contribution but also a more effective and long-term cooling effect. Thus, energy savings may be achieved by reducing the energy load required for heating or cooling indoor spaces.