PRODUCTION OF HEAT STORING MICROCAPSULE WITH ADDITIVE NANOCLAY FOR DEVELOPING FLAME RETARDANT TEXTILE MATERIALS

Abstract

In this study, microcapsules with gelatine/gum Arabic shell structure and containing n-eicosane core were produced using the complex coacervation method. It was planned to increase the thermal stability of the microcapsules and give them flame retardant property by adding nano clay particles to the shell structure of the microcapsules during production. The morphologies of the produced microcapsules were examined by optical microscope and scanning electron microscope (SEM) analysis. The heat storage properties of the microcapsules were investigated by differential scanning calorimeter (DSC), and their thermal stability by thermal gravimetric (TG) analysis. It was determined that gelatine+nanoclay/gum Arabic/n-eicosane microcapsules had spherical morphology were produced successfully. It was determined that the microcapsules have a heat storage capacity of 98.90 J/g. Produced microcapsules were applied to cotton woven fabric by impregnation method. The effect of microcapsule application on the flame-retardant performance of cotton fabric was evaluated according to ASTM D1230-94 standard using a 45° Automatic Flammability Tester. It was determined that nano clay-added microcapsule application made the fabric flame retardant and increased the burning time of the fabric from 19.2 s to 32.1 s.

Keywords

• Microcapsule
• Phase Change Material
• Nano Clay
• Flame Retardant
• Complex Coacervation Method

Project Number

3235-YL1-12

GÜÇ TUTUŞUR ÖZELLİKTE TEKSTİL MATERYALLERİ GELİŞTİRMEK İÇİN NANOKİL KATKILI ISI DEPOLAMA ÖZELLİKLİ MİKROKAPSÜL ÜRETİMİ

Abstract

Bu çalışmada, kompleks koaservasyon yöntemi kullanılarak n-eykosan çekirdek içeren ve jelatin/Arap zamkı duvar yapılı mikrokapsüllerin üretimi gerçekleştirilmiştir. Üretim sırasında mikrokapsüllerin duvar yapısına nanokil partikülleri ilave edilerek mikrokapsüllerin hem termal stabilitesinin arttırılması hem de güç tutuşur özellik kazandırılması planlanmıştır. Üretilen mikrokapsüllerin morfolojileri optik mikroskop ve taramalı elektron mikroskop (SEM) analizi ile incelenmiştir. Mikrokapsüllerin ısı depolama özellikleri diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC), termal stabiliteleri termal gravimetrik (TG) analiz ile incelenmiştir. Jelatin+nanokil/Arap zamkı/n-eykosan mikrokapsüllerin küresel morfolojiye sahip oldukları ve başarılı bir şekilde üretildikleri tespit edilmiştir. Mikrokapsüllerin 98,9 J/g ısı depolama kapasitesine sahip olduğu belirlenmiştir. Üretilen mikrokapsüller pamuklu dokuma kumaşa emdirme yöntemi ile uygulanmıştır. Mikrokapsül uygulamasının pamuklu dokuma kumaşın güç tutuşurluk performansı üzerindeki etkisi 45° eğimli otomatik güç tutuşurluk test cihazı kullanılarak ASTM D1230-94 standardına göre değerlendirilmiştir. Nanokil katkılı mikrokapsül uygulamasının kumaşa güç tutuşur özellik kazandırdığı ve kumaşın yanma süresini 19,2 s’den 32,1 s’ye yükselttiği tespit edilmiştir.

Keywords

• Mikrokapsül
• Faz Değiştiren Madde
• Nanokil
• Güç Tutuşur
• Kompleks Koaservasyon

Supporting Institution

Süleyman Demirel Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon Birimi

Project Number

3235-YL1-12

Thanks

Bu çalışma Süleyman Demirel Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon Birimi tarafından 3235-YL1-12 nolu proje kapsamında desteklenmiştir.

References

1. Alay Aksoy, S., Alkan, C., Tözüm, M. S., Demirbağ, S., Altun Anayurt, R., Ulcay, Y. 2017. Preparation and textile application of poly (methyl methacrylate-co-methacrylic acid)/n-octadecane and n-eicosane microcapsules. The Journal of the Textile Institute, 108(1), 30-41.
2. Basal, G., Deveci, S., Yalçın, D., Bayraktar, O. 2011. Properties of n-Eicosane-Loaded Silk Fibroin-Chitosan Microcapsules. Journal of Applied Polymer Science, 121, 1885–1889.
3. Cengiz, Ö.F., Erkale, İ., Özkayalar, S., Alay-Aksoy, S., Boyaci, B. 2018. Nano çinko oksit takviyeli jelatin/arap zamkı ve kitosan/arap zamkından üretilen ve n-oktadekan içeren mikrokapsüllerin karakterizasyonu ve tekstil uygulaması. Tekstil ve Mühendis Dergisi, 25(110), 86-95.
4. Chai, L., Wang, X., Wu, D. 2015. Development of bifunctional microencapsulated phase change materials with crystalline titanium dioxide shell for latent-heat storage and photocatalytic effectiveness. Applied Energy, 138, 661-674.
5. Demirbağ, S. 2014. Kompleks Koaservasyon Metodu İle Isı Depolama Ve Güç Tutuşur Özellikli Mikrokapsül Üretimi ve Tekstil Uygulamaları. Yüksek lisans tezi, Süleyman Demirel Üniversitesi, Türkiye.
6. Demirbağ S., Alay Aksoy, S., 2013a. İnorganik Madde İlave Edilerek Geliştirilmiş Termal Stabiliteye Sahip Isı Depolama Özellikli Mikrokapsül Üretimi ve Karakterizasyonu. Tekstil ve Mühendis Dergisi, 20(92), 27-35. Doi: 10.7216/130075992013209203.
7. Demirbağ, S., Alay Aksoy, S., 2013b. Isı Depolama Özellikli Jelatin-Nanokil/n-Eykosan Mikrokapsüllerin Üretimi ve Karakterizasyonu. Tekstil Teknolojileri Elektronik Dergisi, 7(3), 30-36.
8. Demirbağ, S., Alay Aksoy, S., 2016. Encapsulation of phase change materials by complex coacervation to improve thermal performances and flame retardant properties of the cotton fabrics. Fibers and Polymers, 17(3), 408-417. Doi: 10.1007/s12221-016-5113-z.

9. Gao, F., Wang, X., Wu, D. 2017. Design and fabrication of bifunctional microcapsules for solar thermal energy storage and solar photocatalysis by encapsulating paraffin phase change material into cuprous oxide. Solar Energy Materials and Solar Cells, 168, 146-164.
10. Jocic, D., 2016. Polymer-Based Smart Coatings for Comfort in Clothing. Tekstilec, 59(2), 107-114
11. Liu, J., Chen, Z., Liu, Y., Liu, Z., Ren, Y., Xue, Y., Zhu, B., Wang, R., Zhang, Q. (2019). Preparation of a PCM microcapsule with a graphene oxide platelet-patched shell and its thermal camouflage applications. Industrial & Engineering Chemistry Research, 58(41), 19090-19099.
12. Maithya, O.M., Li, X., Feng, X., Sui, X., Wang, B. 2020. Microencapsulated phase change material via Pickering emulsion stabilized by graphene oxide for photothermal conversion. Journal of materials science, 55(18), 7731-7742.
13. Önder, E., Sarıer N. 2006. Sıcaklık Düzenleme İşlevi Olan Akıllı Tekstil Ürünlerinin Tasarımı. TÜBİTAK Projesi, No: MİSAG-238, İstanbul, 113.
14. Sun, Z., Shi, T., Wang, Y., Li, J., Liu, H., Wang, X. 2022. Hierarchical microencapsulation of phase change material with carbon-nanotubes/polydopamine/silica shell for synergistic enhancement of solar photothermal conversion and storage. Solar Energy Materials and Solar Cells, 236, 111539.
15. Tözüm, M.S., Alay-Aksoy, S. 2016. Investigation of tactile comfort properties of the fabrics treated with microcapsules containing phase change materials (PCMs microcapsules). The Journal of The Textile Institute, 107(9), 1203-1212.
16. Wang, X., Zhang, C., Wang, K., Huang, Y., Chen, Z. 2021. Highly efficient photothermal conversion capric acid phase change microcapsule: Silicon carbide modified melamine urea formaldehyde. Journal of Colloid and Interface Science, 582, 30-40.
17. Wei, H., Yang, W., He, F., Li, Y., Lou, L., Wang, R., He, R., Fan, J., Zhang, K. 2021. Core@ double‐shell structured multifunctional phase change microcapsules based on modified graphene oxide Pickering emulsion. International Journal of Energy Research, 45(2), 3257-3268.
18. Yang, L., Yuan, Y., Zhang, N., Dong, Y., Sun, Y., Ji, W. 2020. Photo‐to‐thermal conversion and energy storage of lauric acid/expanded graphite composite phase change materials. International Journal of Energy Research, 44(11), 8555-8566.
19. Zhang, X., Wang, X., Wu, D. 2016. Design and synthesis of multifunctional microencapsulated phase change materials with silver/silica double-layered shell for thermal energy storage, electrical conduction and antimicrobial effectiveness. Energy, 111, 498-512.
20. Zhao, J., Yang, Y., Li, Y., Zhao, L., Wang, H., Song, G.,Tang, G. 2017. Microencapsulated phase change materials with TiO2-doped PMMA shell for thermal energy storage and UV-shielding. Solar Energy Materials and Solar Cells, 168, 62-68.
21. Zhao, Q., Yang, W., Li, Y., He, Z., Li, Y., Zhou, Y., Wang, R., Fan, J., Zhang, K. (2020). Multifunctional phase change microcapsules based on graphene oxide Pickering emulsion for photothermal energy conversion and superhydrophobicity. International Journal of Energy Research, 44(6), 4464-4474.