Skip to main content
SUPERVISOR
Taghi Khayamian,Sayed Majed Mortazavi
تقی خیامیان (استاد مشاور) سیدمجید مرتضوی درچه (استاد راهنما)
 
STUDENT
Meghdad Kamali moghadam
مقداد کمالی مقدم

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی نساجی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1387
Phase change materials (PCMs) are substances that are capable of storing or releasing a large amount of energy as they melt and solidify at a specified temperature range. Due to the increasing consumption of limited fossil fuel and worsened the environment, the use of PCMs for heat energy storage is becoming increasingly important both strategically and economically. The microencapsulation of PCMs provides some benefits effects on the thermal storage, transition, and application properties. Nowadays, PCMs have drawn increasing interest to provide enhanced thermal functionalities in a wide variety of applications such as thermo regulating textiles, solar energy absorber, building, etc. Up to now, there have been many methods to encapsulate PCMs, but it is still significant and desired to develop facile and controllable methods to encapsulate PCMs with biopolymer shell. In this thesis, the developmental electrospray method called melt-coaxial electrospray was used for encapsulation of PCMs. The n-nonadecane as core material and sodium alginate and chitosan as shell polymer was used. Taguchi method was used to optimum the encapsulation conditions, reduce the experimental time, and statistical analysis of the results. The effect of experimental parameters, parameters meaningful, and the role of each parameter were studied using Minitab 15. The effective parameters were considered including alginate concentration, the feed rate of the polymer solution, the feed ratio of the shell to the core, needle gauge, needle length, electrospray distance, and magnetic stirring speed. The results show that alginate concentration and needle gauge have the highest effect, and needle length and magnetic stirrer speed have the lower effect on properties of capsules. Four different structures of the coaxial nozzle were produced to feed the core and shell material separately. According to the figures obtained from optical microscopy, the optimum coaxial nozzle was selected as the inner needle exit is approximately 0.5 mm above the outer needle exit. The production of alginate/nonadecane capsules was confirmed by optical microscopy images; Fourier transformed infrared (FT-IR) spectroscopy and differential scanning calorimetry (DSC). DSC analysis indicated that microcapsules consisted of 82 wt% n-nonadecane. Results from scanning electron microscopy (SEM) showed that the uniform circular microcapsules can be obtained by regulating of coaxial electrospray parameters. The results also showed that the capsules with a diameter lower than 200 nm can be achieved. The cotton fabric was used to prepare the thermo-regulating fabric. Results from thermal analyses showed that the finished fabric with a binder containing PCM capsules have the significant effect on t hermo regulating of fabric in the temperatures range of melt point of PCM. The results of this study indicated that the temperature of treated fabric with PCM capsule is lower than untreated fabric in a warm environment. Moreover, the results showed that the PCM capsules kept the fabric temperature in the range of 30-35 °C for 9-15 min with increasing the temperature of environments. Keywords: Coaxial Electrospray; Nano and Microcapsule; Phase Change Materials; Sodium Alginate; Thermo regulating Fabric.
امروزه به دلیل افزایش مصرف سوخت فسیلی و هشدارهای محیط‌زیست، استفاده از مواد تغییر فاز دهنده در ذخیره¬سازی انرژی حرارتی ازنظر راهبُرد و اقتصادی از اهمیت ویژه¬ای برخوردار است. ترکیبات تغییر فاز دهنده، موادی باقابلیت ذخیره انرژی حرارتی هستند به‌طوری‌که طی انتقال فاز از مایع به جامد و برعکس، می¬توانند مقدار زیادی از انرژی حرارتی را جذب و آزاد کنند. ریزکپسول مواد تغییر فاز دهنده از دیدگاه ذخیره، حمل‌ونقل و خواص کاربردی نسبت به خود ماده دارای برتری¬ است. امروزه ماده تغییر فاز دهنده کپسوله شده در زمینه¬های مختلفی نظیر ذخیره انرژی خورشیدی، منسوجات تنظیم‌کننده دما، ساختمان¬های ذخیره کننده انرژی و غیره کاربرد دارند. تاکنون، روش¬ها و مواد پلیمری متعددی برای ریزکپسول‌سازی مواد تغییر فاز دهنده استفاده‌شده است اما هنوز توسعه یک روش ساده و قابل‌کنترل با پوسته پلیمری زیست سازگار موضوع تحقیقی جالب‌توجه و حائز اهمیت هست. در این رساله، روش توسعه‌یافته الکترواسپری با عنوان ذوب الکترواسپری با دو نازل هم‌محور برای ریزکپسول¬سازی مواد تغییر فاز دهنده به‌کاررفته است. از ماده تغییر فاز دهنده n- نونادکان به‌عنوان ماده مغزی و از زیست پلیمر آلجینات سدیم و کیتوسان به‌عنوان پلیمر تشکیل‌دهنده پوسته کپسول استفاده شد. به‌منظور بهینه¬سازی شرایط تولید ریزکپسول، تعداد آزمایش موردنیاز و همچنین تحلیل آماری و هدفمند نتایج، از طراحی آزمایش به روش تاگوچی استفاده شد. تأثیر پارامترهای مختلف در آزمایش، معنی¬داری پارامترهای موردنظر و نیز رفتار سطوح مختلف هر یک از پارامترها با استفاده از آزمون تاگوچی و تحلیل واریانس به کمک نرم‌افزار Minitab بررسی و تحلیل گردید. پارامترهای تأثیرگذار موردبررسی شامل غلظت محلول آلجینات سدیم، سرعت جریان محلول پلیمری، نسبت جریان محلول پلیمری پوسته- مغزی، قطر سوزن، طول سوزن، فاصله نازل تا مایع سخت‌کننده، اختلاف‌پتانسیل الکتریکی کاربردی و سرعت همزن مغناطیسی بودند. نتایج حاکی از آن است که غلظت آلجینات سدیم و قطر سوزن به‌کاررفته بیش‌ترین تأثیر و طول سوزن و سرعت همزن مغناطیسی کمترین تأثیر را بر قطر و شکل کپسول دارند. برای تغذیه مستقل پلیمرهای مغزی و پوسته، دو نازل هم‌محور با چهار ساختار مختلف تهیه شد. با توجه به تصاویر میکروسکوپ نوری به‌دست‌آمده، قرارگیری انتهای سوزن درونی در فاصله 5/0 میلی‌متری انتهای سوزن بیرونی به‌عنوان ساختار بهینه در تولید ریزکپسول انتخاب شد. تولید کپسول آلجینات/n- نونادکان توسط تصاویر دوربین دیجیتالی، میکروسکوپ نوری، طیف¬سنجی انتقال فوریه مادون‌قرمز و داده¬های گرماسنجی پویشی تفاضلی تأیید شد. راندمان ریزکپسول‌سازی ماده مغزی با استفاده از داده¬های حاصل از دستگاه گرماسنجی پویشی تفاضلی 82% تعیین گردید. تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان داد که با تنظیم بهینه پارامترهای فرآیند ذوب الکترواسپری هم‌محور، ریزکپسول¬های کروی شکل با توزیع قطری نسبتاً یکنواخت قابل‌دستیابی است. همچنین ریزکپسول ماده تغییر فاز دهنده با ابعاد کوچک‌تر از 200 نانومتر با این روش قابل تهیه است. به‌منظور تهیه پارچه تنظیم کننده دما از پارچه پنبه¬ای استفاده شد. نتایج حاصل از آزمون حرارتی (گرماسنجی تفاضلی پویشی و حرارت¬دهی دینامیکی) نشان داد که چاپ پارچه با خمیر چاپ حاوی ریزکپسول تغییر فاز دهنده تأثیر به سزایی بر کنترل دمای پارچه در محدوده راحتی بدن انسان دارد. نتایج آزمون حرارتی نشان داد که دمای نمونه پارچه عمل شده با ریزکپسول نسبت به پارچه عمل نشده به‌طور چشمگیری پایین¬تر است و با افزایش دما، دمای پارچه تکمیل‌شده در محدوده دمای ذوب ریزکپسول (C°30-35) به مدت 9-15 دقیقه تقریباً ثابت می¬ماند. کلیدواژه: الکترواسپری هم‌محور، آلجینات سدیم، پارچه تنظیم‌کننده دما، ماده تغییر فاز دهنده، ریزکپسول

ارتقاء امنیت وب با وف بومی