ÇOK FONKSİYONLU NANOLİF GELİŞTİRME PLATFORMU

Transkript

1 ÇOK FONKSİYONLU NANOLİF GELİŞTİRME PLATFORMU Tuncay GÜMÜŞ 1, Salih GÜLŞEN 2, Y. Emre KIYAK 1, Onur ERDEN 1, Ertan ÖZNERGİZ 2, Ali DEMİR 1 1 Tekstil Mühendisliği Bölümü İstanbul Teknik Üniversitesi, Gümüşsuyu ademir@itu.edu.tr 2 Makina Mühendisliği Bölümü İstanbul Teknik Üniversitesi, Gümüşsuyu oznergiz@itu.edu.tr ÖZET Elektroüretim ( elektroüretim ifadesi İngilizce electrospinning ifadesinin karşılığı olarak benimsenmiş ve Proje Yürütücüsü nün tüm yayınlarında bu ifade ile kullanılmaktadır. Türkçe bilimsel literatürde elektro çekim, elektro eğirme gibi ifadeler de kullanılmaktadır.) yöntemi nanolif ve nanoağ üretimi için en etkin yöntemdir. Bu metotta, eriyik veya çözelti halindeki polimer malzemesi iğnelere beslenir. Bir pompa vasıtasıyla iğne ucuna sevk edilen polimere yüksek gerilim uygulandığı zaman, yüzey geriliminin ortadan kalkmasıyla polimer malzemesi, iğneden toplayıcıya doğru artan bir hızda transfer olur. Bu sırada çözücü hızlı bir şekide buharlaşır. Hız artışı nedeniyle, lif uzayarak incelir. Genellikle bu incelik nm arasındadır. Elde edilen nihai ürünün özellikleri çözelti viskozitesi, debi, yükleme ünitesi ve toplayıcı arasındaki yüksek gerilim, toplayıcı tipi gibi bir çok parametreden etkilenir. Tüm bu parametrelerin etkisini tam olarak görebilmek için bu parametrelerin rahatça değiştirilebileceği bir cihaza ihtiyaç vardır. Bu kapsamda, elektro üretim parametrelerini kontrol altında tutabilen çok fonksiyonlu nanolif geliştirme platformu (NGP) geliştirilmiştir. Bu cihaz 108M045 no lu TÜBİTAK projesi kapsamında üretilmiştir. Anahtar Kelimeler: Elektroüretim, nanolif, parametre kontrolü SUMMARY Nanotechnology starts to integrate with our lives as the technology develops continuously. New methods discovered that are leading to produce nano-scale products, including electrospinning. Electrospinning allows the nanofibers by the help of high voltage to be collected on a grounded surface in an effective way. The efficiency of this process is strictly affected by process parameters, including solution viscosity, applied high voltage, flowrate of the solution, form of the collector and distance between noozle and collector. This parameters also affects the diameters of collected nanofibers. In order to see exact effect of these parameters, a stable and controllable electrospinning system is needed. Thus, a device called Nanofiber Development Platform is designed. The Nanofiber Development Platform is very useful compare with the standart electrospinning set-up because of the fact that this new electrospinning device supply easy control system for lots of electrospinning parameters. Various types of polymers like polyvinyl alcohol, poly ɛ-caprolactam, polyurethane etc can be used in this electrospinning set-up. This devide is build by support of TUBITAK grant no: 108M045. Keywords: Electrospinning, nanofiber, controling parameters

2 NANOLİF GELİŞTİRME PLATFORMUNUN (NGP) YAPISI 1: Gövde 2: Motorlar ve Toplayıcıyı Taşıyan Mekanizma 3: Polimer Yükleme Tabakası 4: Polimer Besleme Ünitesi 5:Kontrol Paneli Şekil 1: Nanolif Geliştirme Platformu (NGP) GÖVDE Nanolif geliştirme platformunun gövdesinde : Kullanılan çözücünün verimli şekilde tahliyesi için tahliye fanı ve temiz hava besleme için besleme fanı, İşlem esnasında sistemi gözlemleme ve müdahale etme imkanı sağlayan bir adeti açılır/kapanır, diğer ikisi sökülebilir olmak üzere üç adet pencere, Sistemin tüm elektriksel mekanizmasını ve kontrolünü tek yerde toplayan, böylece gerektiğinde kolayca müdahale edilebilmesini sağlayan bir adet kontrol paneli ve çekmecesi, Gerektiğinde cihaza ek elektriksel cihaz bağlanmasını sağlayan iki adet priz, Kullanılan tüm kimyasalların aynı yerde depolanmasına imkan veren bir adet dolap bulunmaktadır. MOTORLAR VE TOPLAYICIYI TAŞIYAN MEKANİZMA Toplayıcı, elektroüretim işleminin üç ana bileşeninden biridir. Toplayıcı üzerinde üretilen nanolif toplanır. Hareketsiz bir toplayıcıda toplanan nanolifin, homojen dağılımı çok zor olmaktadır. Bu nedenle toplayıcının hareket ettirilmesi gerekmektedir.

3 Sistemde toplayıcının kendi ekseni etrafında ve yatayda hareketini sağlayan iki motor bulunmaktadır. Bu motorlar, toplayıcının sağa sola hareketini ve dönmesini sağlayarak nanolifin homojen dağıtılması amaçlanmıştır. Uygulamaya göre (filtrasyon, damar, yara örtücü gibi) toplayıcı tipi ve motor hızı değiştirilmelidir. Sistem için, ilk planda dört çeşit toplayıcı tasarlanmıştır. Bu toplayıcılar: Levha tipi toplayıcı Disk tipi toplayıcı Silindir tipi toplayıcı Mil tipi toplayıcı Şekil 2: Farklı Toplayıcı Tipleri POLİMERİ YÜKLEME (CHARGING) ÜNİTESİ Elektroüretimin sürekli olarak gerçekleşebilmesi için polimeri sürekli olarak elektriksel olarak yükleyecek (charge edecek) bir ekipmana ihtiyaç vardır. Bu ekipman sayesinde polimer elektrik ile yüklenerek toplayıcı yüzeylere sürekli olarak iletilir. Polimer, polimer besleme ünitesi tarafından polimer yükleme ünitesine aktarılır. Burada polimer elektriksel olarak yüklenerek topraklanmış olan toplayıcıya doğru yönelmeye başlar. Yükleme ünitesi yüzeyi, yüzey gerilimini yenebilmeyi etkilediği için çok önemlidir. Bu yüzden farklı yükleme üniteleri tasarlanmıştır. Şekil 3: Havuz Tipi ve İğne Tipi Polimer Besleme Ünitesi

4 POLİMER BESLEME ÜNİTESİ Kullanılan polimerin polimer yükleme ünitesine polimer sevki iki şekilde gerçekleştirilebilir; Polimer, bir pompa vasıtası ile düşük bir sabit debi ile iğne tipi polimer yükleme ünitesine beslenir, Polimer, bir havuza boşaltılarak içine silindir kısmen daldırılır. Silindire yüksek gerilim beslenir. Silindirin dönmesiyle toplayıcı ve silindirin açıkta kalan yüzeyi ile toplayıcı yüzeyi arasında oluşan elektrik alanı ile elektroüretim gerçekleşir. Bu işlem, havuz tipi polimer yükleme ünitesi ile gerçekleştirilmiştir. KONTROL PANELİ Şekil 4: Nanolif Geliştirme Platformu Kontrol Paneli Kontrol panelindeki birimler: 1. Polimer yükleme ünitesi ile toplayıcı ünitenin arasındaki mesafeyi cm cinsinden gösterir gösterge, 2. Polimer yükleme ünitesine kaç kv yüksek gerilim uygulandığını gösterir gösterge, 3. Yüksek gerilim güç kaynağından kaç mikroamper akım çekildiğini gösterir gösterge, 4. Yüksek gerilim güç kaynağı gerilim ayar butonu, 5. Havuz tipi polimer yükleme ünitesi silindir motoru başlat/durdur butonu, 6. Toplama ünitesi dönel hareket motoru başlat/durdur butonu, 7. Yüksek gerilim başlat/durdur butonu, 8. Toplama ünitesi yatay hareket başlat/durdur butonu, 9. Fan 1 Fan 2 hız ayarı potansiyometreleri, 10. Toplayıcı Polimer yükleme ünitesi arası mesafe arttır azalt 11. Havuz tipi polimer yükleme ünitesi silindir motoru hız ayarı butonu, 12. Toplama ünitesi dönel hareket motoru hız ayar butonu, 13. Toplama ünitesi yatay hareket motoru hız ayar butonu, 14. Toplama ünitesi yatay hareket mesafe ayar butonu, 15. Acil stop düğmesi, 16. Açma/Kapama ana şalter,

5 SONUÇ 108M045 numaralı TÜBİTAK projesi kapsamında üretimi gerçekleştirilen bu cihaz ile çeşitli denemeler yapılmış ve cihazın çalışma durumu incelenmiştir. Değişik toplayıcı düzenekleri ve tekli veya çoklu iğne sistemleri ile farklı birkaç polimer çözeltisi ile yapılan denemelerden olumlu sonuçlar elde edilmiştir. Özetle bu cihazda değişik polimer tipleri, toplayıcı türleri ve değişik iğne sistemlerini kullanmak mümkündür. Şekil 5: Birkaç deneme örneği REFERANSLAR Ramakrishna, S., Fujihara, K., Teo, W., Lim, T., Ma, Z., 2005, An Introduction to Electrospinning and Nanofibers, World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd. Subbiah, T., Bhat, G.S., Tock, R.W., Parameswaran, S., Ramkumar, S.S., 2004, Electrospinning of nanofibers, Published online in Wiley InterScience. Thompson, C.J., Chase, G.G., Yarin, A.L., Reneker, D. H., 2007, Effects of Parameters on Nanofiber Diameter Determined from Electrospinning Model, Journal of Polymer, pp