Ortam Rutubetinin Silindirli Elektro Lif Çekim Yöntemi ile Nano Lif Üretimi Üzerine Etkilerinin İncelenmesi
Son yıllarda gerek bilimsel, gerekse ticari olarak nanoteknolojiye karsı ilginin artısı ile birlikte, tekstilde de nano boyutlarda lif üretimi üzerine çalısmalarda önemli derecede bir artıs söz konusudur. Genellikle elektro lif çekim yöntemi ile üretimi gerçeklestirilen nano lifler, oldukça genis genis yüzey alanı (171 nm çapında bir lif için 48,4 m2/g [1]), küçük ve kontrol edilebilir gözenek boyutu ve iyi mekanik özellikler gibi üstün özelliklere sahiptir. Dolayısıyla poliüretan nano lifler, kompozitler, nefes alabilir su geçirmez giysiler, koruyucu giysiler ve tıbbi alanlar gibi fazla çok fazla kullanım alanına sahiptirler [2,3,4,5]. Elektriksel alan kullanımı ile polimer esaslı nano lif üretimine yönelik çalısmalar çok eski yıllara kadar uzanmasına rağmen [6, 7], bu yöntem ile ilgili ilk patent 1934 yılında Formhals tarafından alınmıstır [8]. Formhals’ın çalısmasını takiben bu yöntem ile ilgili birçok patent ve arastırma çalısmaları gerçeklestirilmistir [9, 10, 11, 12, 13]. 2005 yılında Jirsak ve arkadasları tarafından gelistirilerek [14] patenti alınan ve Elmarco firması tarafından ticarilestirilen silindirli elektro lif çekim yöntemi hariç, yapılan çalısmaların birçoğu laboratuar düzeyinde kalmıstır. Elektro lif çekim yönteminde, proses esnasında kontrol altında tutulması gereken ve lif özelliklerini etkileyen parametreler arasında çözelti özellikleri (molekül ağırlığı, polimer konsantrasyonu, viskozite, iletkenlik, yüzey gerilimi vb.), elektrotlar arası mesafe, uygulanan voltaj miktarı, ortam sıcaklığı ve rutubeti bilinen en önemlileridir. Bu parametrelerden ortam kosulları (sıcaklık ve rutubet) haricinde birçoğu ile ilgili çok sayıda çalısma yapılmıs olmakla birlikte, genellikle yapılan çalısmalarda iğneli elektro lif çekim yöntemi kullanılmıstır [15,16]. Bu çalısmada ise silindirli elektro lif çekim yöntemi kullanılmıstır ve lif çekimi esnasında uygulanan ortam rutubetinin poliüretan nano lif çekim performansı, lif özellikleri ve morfolojisi üzerine etkileri incelenmistir. Günümüzde silindirli elektro lif çekim yöntemi, Elmarco Ltd. firması tarafından Nanospider ticari ismi ile kullanılmakta olup, bu çalısmanın sektöre de faydalı olacağı düsünülmektedir.
2. MATERYAL ve METOT
Bu çalısmada polimer olarak poliüretan (Larithane), çözücü olarak dimetilformamid (Fluka) ve tuz olarak tetraetilamonyumbromid (Sigma Aldrich) kullanılmıstır. Kullanılan poliüretan polimerinin molekül ağırlığı 2000 g/mol olup, polimer konsantrasyonu % 15, tuz konsantrasyonu ise % 0 ve % 0,87 olarak hazırlanmıstır. Çözeltiler hazırlanırken kullanılan bu değerler, daha önceki çalısmalar göz önünde bulundurularak seçilmistir [17].Öncelikle, iletkenlik, yüzey gerilimi ve viskozite gibi çözelti özellikleri belirlenmistir. Daha sonra ise silindirli elektro lif çekim yöntemi ile nano lif esaslı nano yüzeyler üretilerek lif çekim performansı, nano lif ve nano yüzey özellikleri analiz edilmistir. Đletkenlik ölçümü, Radelkis, OK-102/1 marka iletkenlik ölçer ile, yüzey gerilimi ölçümleri, Krüss marka Du Nouy Ring yöntemi ile, reolojik özellikler ise HAAKE Roto Visco 1 marka reometre cihazı ile 25 0C sıcaklıkta gerçeklestirilmistir. Nano lif üretimi ise yüksek voltaj kullanılarak, Nanospider ticari isimli silindirli elektro lif çekim yöntemi ile Gerçeklestirilmistir.
Silindirli elektro lif çekim yöntemi, doğrudan polimer çözeltiden nano lif üretimini sağlayan ve belirli bir hızda dönen silindirden olusmaktadır [14]. Hazırlanan polimer çözelti, polipropilen bir kap içerisine doldurulur ve alt kısmı çözeltiye daldırılmıs bir sekilde aluminyum silindir, polipropilen kap içerisine yerlestirilir. Bu yöntemde dönen silindirin yanı sıra, sistemin üst kısmında yer alan metal bir levhadan olusan toplayıcı elektrot da bulunmaktadır. Yüksek voltajlı güç kaynağının bir ucu dönen silindire, diğer ucu ise toplayıcı elektrota bağlanmıs durumdadır. Böylece toplayıcı elektrot ile silindir arasında elektriksel alan olusur (Sekil 1a.). Silindir belli bir hızda döndükçe üst kısmında aynı anda çok sayıda Taylor koniler [18] olusur (Sekil 1b.). Çözücü buharlastıkça, polimer çözeltiden olusan fıskiyeler toplayıcı elektrota doğru gider ve katı nano lifler elde edilir.
Üretilen nano lif esaslı nano yüzeylerin morfolojik yapılarını, nano lif çapı ve çap üniformitesi gibi
özelliklerini analiz edebilmek için taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılmıstır. Daha sonra bu
SEM görüntüleri kullanılarak Lucia 32G görüntü analiz sistemi ile lif çapı ve morfolojik analizler
gerçeklestirilmistir. Üretilen liflerin çapı hesaplanırken her bir SEM görüntüsünden 100 farklı ölçüm
yapılmıstır. Son olarak çap üniformitesini belirlemek için sayıca ortalama ve ağırlıkça ortalama
hesaplamaları yapılmıstır. Sayıca ortalama, matematikte kullanılan aritmetik ortalamadır. Lif çapı
üniformite katsayısını hesaplamada kullanılan yöntem ise kimyadaki molar kütle dağılımı esasına
dayanmaktadır.
SONUÇLAR VE TARTISMA
3.1. Polimer Çözelti Özelliklerinin Belirlenmesi
Bu çalısmada öncelikle, iletkenlik, yüzey gerilimi ve viskozite gibi çözelti özellikleri belirlenmistir
Daha sonra optimum proses parametreleri ayarlanarak, hazırlanan çözeltilerden nano lif çekimi
gerçeklestirilmeye çalısılmıstır. TEAB tuzu içermeyen poliüretan çözeltisinden lif çekimi
gerçeklestirilememistir fakat, % 0,87 TEAB tuzu içeren poliüretan çözeltisinden lif çekimi
gerçeklestirilerek, lif çekim performansı belirlenmistir. Sekil 2’den de görüldüğü gibi, lif çekim
performansı % 27’lik rutubet değerine kadar artmakta fakat % 33 rutubet değerinde azalmaktadır.
Lif çekim performansının maksimum olduğu % 27’lik ortam rutubetinde yaklasık 0,49 g/dk/m değerinde üretim gerçeklestirilmistir.
SONUÇ
Bu çalısma, silindirli elektro lif çekim yöntemi ile poliüretan nano lif esaslı nano yüzeylerin üretimi esnasındaki ortam rutubetinin lif çekim performansı, nano lif ve nano yüzey özellikleri üzerindeki etkilerini belirlemek amacı ile gerçeklestirilmistir. Çalısmada öncelikle çözelti özellikleri daha sonra lif çekim performansı en son olarak da lif ve yüzey özellikleri belirlenmistir. Elde edilen sonuçlara göre, ortam rutubetinin lif çekim performansı, lif çapı ve yüzey özellikleri üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğu gözlenmistir. Lif çekim performansı, çap üniformitesi ve yüzey morfolojisi açısından en uygun rutubet değerinin % 27 olduğu tespit edilmistir.
teknolojikarastirmalar.com
