PROJE : Nanoliflerin Elektrosppining Yöntemiyle Üretiminde Bazı Uygulamalar İçin Özel Tekniklerin Ve Polimer Karışımların İncelenmesi

Transkript

1 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 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 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

2 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.

3 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

4 Şekil 2 öncüsü konumuna gelmemizde katkı sağlar. Aşağıda nanolif nonwoven kumaş üretimi için laboratuar tipi ve endüstriyel üretim için makine resimleri gösterilmiştir. 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.

5 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 boyuttatio2 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 İTO Teknik tekstiller Araştırması ÖZDİZDAR Aysun, İstanbul, DEMİR, A., DAŞDEMİR, M., KOZANOĞLU, S., TOPALBEKİROĞLU, M., 2008, Geleceğin Tekstil Yapıtaşları Nanolifler, Tekstil Maraton Dergisi, Sayı: 3, Sayfa: DEMİR, A., ve ORUÇ, F., Polimer Esaslı Nanoliflerin Üretimi, Tekstil Araştırma Dergisi, Sayı: 2, Sayfa: 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