Nanolif üretimi-elektrospining

PROJE : Nanoliflerin Elektrosppining Yöntemiyle Üretiminde Bazı Uygulamalar İçin Özel
Tekniklerin Ve Polimer Karışımların İncelenmesi
Gülistan BALABAN
Çukurova Üniversitesi Tekstil Mühendisliği Bölümü
ÖZET : Tekstil endüstrisinde kullanılan liflere mikro ve nanometre boyutlarla kazandırılan
özellikler diğer yöntemlere göre ürün üzerinde daha kalıcı etki gösterir. Mikro ve nano
boyutta lif üretim ve uygulama alanları 2009-2010 yılı eğitim dönemim içerisinde yaparak
ödev kapsamında yapmış olduğum kapsamlı literatür araştırmalar mevcuttur. Bu çalışmada
elektrospinnig yönteminde çok çeşitli polimerler kullanılarak oluşan nanolifin uygulama
alanına göre başka bir tekstil yüzeyine püskürtülmesi sonucu yeni çok fonksiyonlu yapı elde
edilebilirliği incelenecektir. Bu yöntemle PA 6, PE, PU, PVA, PP vb. polimerlerinin uygun
çözeltiler hazırlanarak tek veya karışım halinde kullanılmasıyla elde nanoliflerin; kulanım
özelliklerinin iyileştirilebilmesi amaçlanmaktadır. Özellikle UV ışınlarına karşı yüksek
dayanıklılık, sıvı geçirmezlik, antibakteriyal etki deneyler sırasınca değişen polimer
karışımları ve elektro üretim parametrelerinde ki bazı değişikliklerin sonucu ne derece
etkilendiği incelenecektir. Bazı parametrelerin sabit tutularak, kullanılan polimer çözeltisi ve
diğer değişkenlerin değiştirilerek çalışılması amaçlanmaktadır.
Projenin ilgili olduğu Ana Tema : Nanoteknoloji ve Uygulamaları
PROJECT : DEVELOPING OF PRODUCING NANO-FIBRES BY ELECTRO-SPINNING
METHOD ,ANALYZING SPECIAL TECHNICS AND POLYMERE MIXTURES FOR SOME
APPLICATIONS
Very various feautres which can gain different nano and micro dimensional features
to fibres used in textile industry make a lasting impact on product in comparison with other
methods. Micro and nano dimensional fibre production and application fields, extensive
literature researches that I did as an assignment in my 2009-2010 education term are
available.
In this study, it is going to be studied upon, in the method of electro-spinning which is
the most convenient for producing nano-fibres, new multiple-functional structures in result of
sprinkling of nano-fibres formed by using polymeres to another textile surface in terms of
application area to be used and accessibleness of special application- intended membranes.
It is aimed that improving usage features of nano-fibres acquired by using of PA 6, PE, PU,
PVA, PP polymeres with proper solvents in state of sole and mixture for textile surface which
will be produced by this method. It is going to be anaylized however it is affected in result of
some changes in polymere mixtures and electro production parameters changing during
experiments for high endurance against especially UV lights, waterproofing and antibacterial.
By holding fixed the other parameters, changed polymere solution parameters and effects of
results on fibre morphologies according to contorolled variables are going to be analyzed.
Main Theme of The Project : Nanotechnology and Its Applications
Nanoteknoloji tekstil ürünlerinin performanslarını geliştirmek için kullanılmaktadır.
Tekstil ürünleri, onlara değişik özellikler kazandıran nanoteknoloji sayesinde çok fonksiyonlu
hale gelmektedir. Tekstil yüzeylerinin nano skalada düzenlenmesine yönelik çok sayıda
yapılan çalışmalar katma değeri yüksel ürünlerin geliştirilmesini sağlamıştır. Tekstil ürünleri
su itici, antibakteriyel olabilir, ısı yalıtımı, UV geçirmezliği, kendi kendine temizleme, filtrasyon
performansları geliştirilebilmektedir. Nano tekstil uygulamalarında üretilen antimikrobiyal
kıyafetler, vücudun dermatolojik konforunun teminini mümkün kılar. Antimikrobiyal özelliği
tekstillerde en etkili olan gümüş iyonları yardımıyla
kazandırabildiğimiz takdirde çok
fonksiyonlu yeni teknik tekstil ürünleri katma değeri yüksek, kullanıcı tercihine göre
değiştirilebilecek özellikte olabilecektir.
Polimerik tekstil malzemesine mikro partiküllere nazaran daha homojen formda
yerleşmiş nano partiküller, tekstil yüzeyinin çeşitli özelliklerini geliştirir. Düşük kimyasal
kullanımı; düşük enerji maliyetleri; tutum, mukavemet, hava geçirgenliği, ıslanma gibi fiziksel
ve mekanik özellik kaybının az olması nanoteknolojinin tekstil ve giysi uygulamalarında
kullanılmasının sebepleridirler. Nanotekstiller yatırım maliyeti yüksek olsalar da fonksiyonel
ve dayanıklı ürünler olmaları sebebiyle sektörde ciddi bir kar marjı sağlama
niteliklerine
sahiptirler. Konvansiyonel yapay lif üretim teknikleriyle çapı bir mikron ve altında lif
üretilemediği için, bu küçücük lifleri en son teknoloji olarak geliştirilen çeşitli teknikler ile
günümüzde üretmek mümkündür.
Nanolif eldesi için geliştirilen yöntemlerden en yaygın ve avantajlı yöntem
elektrospinning metodudur. Elektrospinning yöntemi, elektrik alan kuvvetleri yardımı ile
polimerden nano boyutta lif oluşumunu sağlar. Basit bir elektro üretim düzeneği ana
parçaları;
1. Yüksek voltaj güç kaynağı,
2. Besleme ünitesi (şırınga, metal iğne v.b.),
3. Toplayıcı
Şekil 22’ de Elektrospinning yönteminde lif oluşumu gösterilmiştir.
Şekil 1 : Elektrospinning yöntemi ile nanolif üretimi
Bu teknikte, polimer uygun bir çözücüde çözülür veya ısı ile eritilir, ucunda küçük bir
delik bulunan cam bir pipetin veya şırınganın içine yerleştirilir. Tüpün arka kısmına
yerleştirilmiş olan pompa, cam tüp içerisindeki polimer eriyiği ya da lif çekim çözeltisini, pipet
boyunca uç kısma doğru itecek sürekli bir basınç meydana getirmektedir. Daha sonra
polimer çözeltisi/eriyiği ile pipetin açık ucunun karşısındaki bir toplayıcı levha arasına gerilim
uygulanır. Besleyici ünitedeki iğnenin ucunda asılı durumda duran polimer damlası kritik bir
voltaj değerine kadar, yüzey geriliminin uyguladığı kuvvetlerden dolayı, küresel bir biçimde
bulunur. Uygulanan potansiyel fark bir eşik değerine ulaştığı anda, elektrostatik kuvvetler
yüzey gerilimi kuvvetlerine eşitlenir. Bu noktada polimer damlası şekil değiştirerek koni
biçimini alır. Bu koniye Taylor konisi denir. Herhangi bir yüzey gerilimine sahip olmayan
polimer çözeltisi, özel tasarlanmış ve çok ince yapıdaki jet düzesinden geçirilerek düzenin
karşısına yerleştirilmiş olan topraklanmış hedefe doğru akmaktadır. Lif ışını şeklinde
topraklanmış yüzeyde biriken lifler ise sürekli olarak çekilmektedirler. Bu şekilde
elektrospinning yöntemi, polimerlerin önce çok yüksek voltajlı elektrik akımı ile yüklenmeleri
daha sonra da bir düzeden topraklı bir plakaya doğru akması esnasında katılaşmaları ile lif
halini alırlar.
Nano boyutta liflerin hammadde olarak kullanılmasıyla birlikte elde edilen fonksiyonel
özelliklere sahip malzemeler farklı sanayi dallarında yeni teknolojik gelişmelerde önemli bir
yer tutarlar. Akıllı teknik tekstiller; katma değeri yüksek son ürünler; uluslar arası tekstil
arenasında ülkemiz ve sanayimizin takip edilen göz önünde gelişmiş yenilikçi teknolojilerin
öncüsü konumuna gelmemizde katkı sağlar. Aşağıda nanolif nonwoven kumaş üretimi için
laboratuar tipi ve endüstriyel üretim için makine resimleri gösterilmiştir.
Şekil 2 Şekil
2
:
Nanolif
nonwoven
kumaş
makinesi
(3
)
Şekil 3 : Laboratuvar tipi elektrospinning makinası(3 )
Geliştirilmiş bu makine sayesinde elektroüretim sisteminde yapılabilecek değişikliklerin lifin
morfolojisine etkileri incelenecek ve elde edilen nanolif dokusuz yüzey teknolojisinin
herhangi bir tekstil (dokuma,örme, nonwoven) yüzeyine farklı geliştirilmiş tekniklerle
kaplanmasında kullanılabildiği takdirde çok fonksiyonel yapı sağlanabilirliği üzerinde
çalışılacaktır. Düzelerden çıkan polimer çözeltisi elektro-üretim işlemi ile çok kısa sürede çok
fazla çekime tabi tutularak nano boyutta lif çaplarına kadar düşme ile oluşan nanolif istenilen
kaplama kalınlığına göre taşıyıcı üzerinde bulunan tekstil yüzeyine püskürtülmesi sonucu
makineden çıkması esasına dayanır.
Bu çalışmada PA 6, PE, PU, PVA, PP vb polimerlerinin uygun solventlerle tek ve karışım
halinde kulanılmasıyla elde nanoliflerin; kulanım özelliklerinin iyileştirilebilmesi
amaçlanmaktadır. Polimerler, monomer adı verilen küçük moleküllerin kovalent bağlarla
birbirine bağlanarak oluşturdukları çok küçük moleküllerdir. Polimerler de genellikle içlerine
gerekli maddeleri karıştırılarak bir ön karışım hazırlayıp kullanabiliriz. Bu karışımlardan uygun
yöntemlerle son ürün malzeme elde edilebilir.
Özellikle UV ışınlarına karşı yüksek dayanıklılık, sıvı geçirmezlik, antibakteriyel, yüksek
derece filtreleme etkileri deneyler sırasınca değişen polimer karışımları ve elektro üretim
parametrelerinde ki bazı değişikliklerin sonucu ne derece etkilendiği incelenecektir. Bazı
parametrelerin sabit tutularak, kullanılan polimer çözeltisi, diğer paremetreler üzerinde
değişikliklerin
çalışılması amaçlanmaktadır. Birim polimer ağırlığı başına nanolifler ile elde
edilen tekstilin yüzey alanın çok yüksek olması, lifin inceliği, lif mukavemetinde maksimum
oranda yararlanabilme vb. özellikleri sayesinde çeşitli uygulamalarda kullanılabilirliğini
artırırlar. Bu bağlamda kullanılan polimerin özelliklerine ek olarak nano boyuta partiküller
aktardığımız takdirde UV dayanıklılığını güçlendirmiş oluruz. Örneğin nano boyuttaTİO2 lif
içinde hareket etmeden, güçlü UV ışınların engeller. TİO2 bilinen en güçlü ve ucuz fotokatoliz
olması sebebiyle bu çalışmada kulanılacak kimyasallardan biri olacaktır. Metal oksit
nanopartiküller kulanılarak tekstil yüzeyinin UV dayanımlılığı, antimikrobiyel ve su
geçirmezliği üzerinde nelerin geliştirilebileceği incelenecektir.
Kaynaklar
1. TAD Tekstil ve araştırma dergisi , Nonwoven/Teknik tekstiller 2003
2. İTO Teknik tekstiller Araştırması ÖZDİZDAR Aysun, İstanbul, 2004
3. http://www.nanofmgroup.com/Nanospinner_eng.html
4. DEMİR, A., DAŞDEMİR, M., KOZANOĞLU, S., TOPALBEKİROĞLU, M., 2008,
‘Geleceğin Tekstil Yapıtaşları Nanolifler’ , Tekstil Maraton Dergisi, Sayı: 3, Sayfa: 16-19
5. DEMİR, A., ve ORUÇ, F., 2004. Polimer Esaslı Nanoliflerin Üretimi, Tekstil Araştırma
Dergisi, Sayı: 2, Sayfa: 28-30
6. BABAARSLAN, O. Teknik Tekstil Ders Notları, Sayfa: 100, Çukurova Üniversitesi Tekstil
Mühendisliği Bölümü, Adana, 2009,
7. BROWN, P., STEVENS, K., Nanofibers And Nanotechnology in Textiles, Sayfa: 6-104,
Woodhead Publishing Limited, England, 2007