Elektrospinning ile nanolif

8/6/2019 Elektrospinning ile nanolif

1/161


2/161

ii

NSZ

Teknolojinin hzla gelimesiyle kreselleen dnyada makro yaplardan mikroyaplara doru bir gidi sz konusudur. Bu balamda tekstil endstrisi yllardan berigrnts, dokunuu ve incelii ipek benzeri elyaf yapmak iin uralar vermektedir.Yine bir ok bilim adam doadan esinlenerek tekstil sektrne yeni almlarkazandrmaktadr. Bunlarn banda ise rmcek a gelmektedir. te bu almadageleneksel lif retim yntemleri dna klarak sentetik polimerlerden nano boyuttalifler elde edilmeye allmtr.

Nanoteknoloji, gelimi lkelerin aratrmakta ve gelitirmekte olduu almalardr.Bu almalara ok byk bte ayran lkelerin banda Amerika ve Japonyabulunmaktadr. lkemizde ise ne yazk ki byle aratrmalar ok azdr. Bu azalmalardan bir tanesini yapyor olmaktan dolay ok gurur duyuyorum. Bu almaayn zamanda TUBTAK 104M414 Nolu projesidir. Bu almann yaplmasnmaddi olarak destekleyen TBTAK kurumuna teekkr bir bor biliyorum.

Bu almada odasn esirgemeden bana bir masa ve bilgisayar veren her zaman benidestekleyip yeni fikirlerle ufkumun almasn salayan kymetli danmanm Prof.Dr. Ali DEMR hocama ok teekkr ederim.

alma sresince hem literatr hem de deney ksmnda yardmlar ve dnceleriyle

olumlu katkda bulunan deerli arkadalarm bata Ar.Gr. Mehmet Dademirolmak zere Fatih Oru, Ali Kl, Aykut Onat ve Utku Turgutere teekkr ederim.

Deney ara ve gerelerinin alnmasnda yardmlarn esirgemeyen kr Bayrama,eriyikten elektro retim deneyleri iin malzeme gnderen bata Aker Tekstil A..olmak zere Renko Tekstil San ve Tic.Ltd. ti.ve Erna-Ma Makine Tic.ve SanA..ye, eriyikten retim deneyleri iin cumartesi laboratuarn aan Prof Dr. NurseliUyank ve Ahmet Meri e teekkrlerimi sunarm.

retilen nanoliflerin Taramal Elektron Mikroskobuyla (SEM) analiz srasnda banayardmc olan Prof. Dr. Ltfi veoluna ve SEM operatr idem akrateekkrlerimi sunarm.

Son olarak her kararmda arkamda olan ve bugnlere gelmemi salayan babam,annem ve kardelerime btn kalbimle teekkr ederim.

Mays, 2006 Gn Sazak Kozanolu


3/161

iii

NDEKLER

KISALTMALAR viTABLO LSTES viiEKL LSTES viiiZET xiiSUMMARY xiii

1. GR 1

1.1 Giri ve almann Amac 12. LF RETM TEKNKLER 5

2.1. Giri 5

2.2. Eriyikten retim Teknii 6

2.3. Ya retim teknii 9

2.4. Kuru retim Teknii 10

2.5. Jel(Gel Spinning) retim Teknii 11

2.6. Dier retim Teknikleri 12

3. NANOLF RETM TEKNKLER 133.1. Giri 13

3.2. Fibrilasyon ile Nanolif retimi 14

3.3. Meltblown Teknii ile Nanolif retimi 14

3.4. Bikomponent Yntemi ile Nanolif retimi 16

3.5. Elektro retim ile Nanolif retimi 17

4. ELEKTRO RETM YNTEMNN TARHSEL GELM 18

5. ELEKTRO RETM YNTEMLE NANOLF RETM 355.1. Elektro retim Yntemi 35

6. ELEKTRO RETM YNTEMNDE KULLANILAN DZENEKLER 433.1. Besleme nitesindeki Modifikasyonlar 43

3.2.Elektro retim leminde Besleyici ile Toplayc Arasndaki

Modifikasyonlar 49

3.4.Elektro retim leminde Toplayc Modifikasyonlar 55

7. ELEKTRO RETM LEMNE ETK EDEN PARAMETRELER 59

8. NANOLFLERN MUHTEMEL KULLANIM ALANLARI 728.1. Giri 72


4/161

iv

8.2. Nanoliflerin Kompozit Uygulamalar 74

8.3. Filtrasyon Uygulamalar 76

8.4. Biyomedikal Uygulamalar 808.4.1. Tbbi Protezler 82

8.4.2. Teletp 828.4.3. la Dalm 82

8.4.4. Yara rtcler 83

8.4.5. Cilt Bakm rnleri 85

8.4.6. Doku ablonu 86

8.5. Elektriksel ve Optik Uygulamalar 87

8.6. Savunma Uygulamalar 88

8.7. Tarm Uygulamalar 89

8.8. Uzay Uygulamalar 898.9. Dier Uygulamalar 90

9. DENEY DZENEKLER VE DENEYSEL ALIMA 919.1. Deney Dzenei 91

9.1.1. Yksek Voltajl G Kayna 91

9.1.2. Besleme nitesi 92

9.1.3. Toplayc Plaka 93

9.1.4. Materyal 939.1.4.1. Su ve Tuzlu Su 93

9.1.4.2. Duvar Boyas(Plastik boya) 93

9.1.4.3. Polivinilalkol (PVA) 93

9.1.4.4. Polipropilen (PP) 93

9.1.4.5. Polietilen (PE) 94

9.1.4.6. Poliretan (Elastan) 94

9.1.4.7. Silikon 94

9.1.4.8. Poliakrilikasit(PAA) 95

9.1.4.9. Boraks(Disodium tetraborate Decahyrade, Na2B4O710H2O) 95

9.1.4.10. Ksilen (Xylene) 95

9.1.5. Dier Deney Malzemeleri 95

9.2 Deneylerde Kullanlan Deney Dzenekleri 959.2.1. Elektrospray Dzenei 96

9.2.2. Elektro retim Dzenei (rnga ve ubuk sistemi) 97

9.2.3. MFI Sistemli Elektro retim Dzenei 98

9.2.4. Scak Tabakal Elektro retim Dzenei 99

9.2.5. Silikon Tabancal Elektro retim Dzenei 99

9.2.6. Ekstruderli Elektro retim Dzenei 100


5/161

v

10. DENEYSEL SONULAR VE TARTIMA 10210.1. Su ve Sentetik Duvar Boyasnn Elektrospraying lemi ve Sonular 102

10.2. Polivinilalkol (PVA) Polimerinden Nanolif retimi lemi ve Sonular 105

10.2.1. Taramal Elektron Mikroskobu (SEM) 10510.2.1.1.Tanm ve alma Prensibi 105

10.2.2. Polivinilalkol (PVA) Nanoliflerin aplarnn Hesaplanmas 107

10.2.3.Polivinilalkol (PVA) Nanolif retimi lemi 10710.2.3.1.zelti Konsantrasyonunun Lif Morfolojisine Etkisi 109

10.2.3.2. Uygulanan Gerilimin Lif Morfolojisine Etkisi 112

10.2.3.3. Toplayc-Besleme Aras Mesafenin Lif apna Etkisi 112

10.2.3.4. Konsantrasyon-Kritik Voltaj Arasndaki liki 114

10.2.3.5. Polivinilalkol (PVA) Nanoliflerinin apraz Balama

(Crosslink) Denemeleri 114

10.3. Eriyikten Elektro retim Yntemiyle Nanolif retim Denemeleri 11510.3.1. Polipropilen (PP) Polimerinin Ekstruderde Elektro retim lemi 119

10.3.1.1 Polipropilen Liflerinin SEM le Analizi) 120

11. SONULAR VE NERLER 123

KAYNAKLAR 126

EKLER 135

ZGEM 148


6/161

vi

KISALTMALAR

THF : TetrahidrofuranDMF : Dimetil FormamidPET : Poli Etilen TeraftaladPP :PolipropilenPU : PoliretanPA : PoliamidPEO :Polietielnoksit

PE :PolietilenPTFE : PolitetrafloretilenPDT :PolidodesiltiofenPSU : PolisulfonPDLA : Poli(D-L-laktik asit)PVA : PolivinilalkolPBI : PolibenzimidezolPAN : PoliakrilonitrilSSD :Gm SlfodiazinCMC : KorboksimetilsellozAC : Alternatif akm

DC : Doru akmFPS : Saniyede resim says(Frame per second)MFI : Eriyik Akndeksi(melt flow index)SB : SpunbondMB : MeltblownPAA : Poliakrilikasit


7/161

vii

TABLO LSTES

Sayfa No

Tablo 1.1. Farkl Malzemelerin lleri 2Tablo 2.1. Suni ve Sentetik Lif retim Tekniklerinde Kullanlan Polimerler. 5Tablo 3.1. Baz doal ve yapay liflerin aplar .... 13Tablo 4.1. Polimer scakllar ve dze aplar... 31

Tablo 5.1. Baz polimerlerden oluan nanoliflerin SEM grntleri ... 41Tablo 6.1. Elektrospinning ynteminde kullanlan eitli Toplayc Tiplerive Referanslar . 55

Tablo 7.1. Bal nemin lif apna etkisi . 71Tablo 8.1. Tekstil giysilerinde nanoteknoloji kullanlarak kazandrlan

nemli zellikler....................... 74Tablo 8.2. Farkl elyaf aplarndan olumu dokusuz yzeylerin birim

arlktaki yzey alanlar ..... 79Tablo 10.1. Silikon Monofilamentlere Mukavemet lm Deney Sonular. 118

Tablo A.1. Elektro retim ynteminde kullanlan polimerler ve zcler ve

kullanm alanlar... 136Tablo A.2. Eriyikten elektro retim ynteminde kullanlan polimerler ve

ilem scaklklar... 143Tablo B.1. SEM Fotoraflarnn zerinden Alnan Nanoliflerinin Deerleri . 146


8/161

viii

EKL LSTES

Sayfa No

ekil 2.1ekil 2.2ekil 2.3ekil 2.4ekil 2.5

ekil 3.1ekil 3.2

ekil 3.3


ekil 4.6ekil 4.7ekil 4.8ekil 4.9ekil 4.10ekil 4.11ekil 4.12ekil 4.13ekil 4.14ekil 4.15ekil 4.16

ekil 5.1ekil 5.2

ekil 5.3ekil 5.4

ekil 5.5

ekil 5.6

ekil 6.1

: Eriyikten lif retim tekniinin basit bir grnts .......................: Dze deliklerinin ekilleri ve lif kesitleri .................................: Ya retim tekniinin basit bir gsterimi .....................................: Kuru retim tekniinin basit bir gsterimi................: 1980 ylnda Smith ve Lemstra tarafndan kullanlan gel-retim

sisteminin grnts .....................................................................: Meltblown Ynteminin Basit bir gsterimi..................................: Bikomponent lif retimi ile retilmi liflerin kesit ve boygrntleri..

: Denizde adacklar yntemiyle yaplan 600 adackl bikomponentlif ....................................................

: Zeleny Deney Dzenei.........................................: Formhals deney dzenei: Gladding Deney Dzenei.........................................: Elektrostatik fskiye: Taylor deney dzenei ..........................................

: Taylor konisi oluumu ve liflerin dalm.: Taylor konisinde oluan yar dikey a ..........................................: Simons deney dzenei : Baumgarten deney dzenei.: Martin deney dzenei..: Simm deney dzenei...: Fine ve Torann deney dzenei..: Lorrando ve Manley deney dzenei: Bornat deney dzenei..: How deney dzenei : Elektro retim ilemi hakknda dnyada yaplan bilimselyaynlarn yllara gre deiimi.

: Basit bir elektro retim dzenei..: Klcal boru ucundaki damlann ilerleyerek artan voltaj etkisiyleTaylor konisi ve jet oluumu. (a) 110 (b) 107 (c) 104 (d) 100.

: Elektro-retimde Whipping Kararszl ve Taylor konisi..: Elektrik alan iinde yklenmi polimer sv jetininmodellenmesi.

: a) 25 fps te Whipping olaynn fotoraf b) 4000fps teWhipping olaynn fotoraf.

: Lif apnn Yzey Alana Etkisi

: Titreimli besleme nitesi olan elektro retim deneydzenei.

671011

1215

16

171920212223

23242526282929303233

3435

3637

38

4040

43


9/161

ix

ekil 6.2

ekil 6.3ekil 6.4

ekil 6.5

ekil 6.6

ekil 6.7

ekil 6.8

ekil 6.9

ekil 6.10ekil 6.11

ekil 6.12

ekil 6.13ekil 6.14

ekil 6.15ekil 6.16

ekil 6.17

ekil 6.18


ekil 7.6ekil 7.7ekil 7.8ekil 8.1ekil 8.2ekil 8.3

ekil 8.4

ekil 8.5ekil 8.6

ekil 8.7

: z-kabuk polimer nanolif iin gelitirilen beslemenitesi

: z-kabuk polimer lifinin SEM de ekilmi grnts.: A) i bo nanolif yapmak iin gelitirilen dzenek ve beslemenitesi B-C) Bu dzenekten yaplan ii bo nanoliflerin SEM

grntleri..: Ding ve arkadalar tarafndan gelitirilen oklu belseme nitelielektro retim dzenei..

: Lyons eriyikten elektro retim dzenei ve ekstrder-dzebesleme nitesi...

: Theronun oklu jet dzenekleri i) dzlem matrise yerletirilmi9 adet dze matrisleri ii) Bir hiza halinde 9 adet dze..

: Yarin Ve Zussmann[59] Deney Dzeneklerinde kullandklarelektro retim belseme sistemi

: Martinova ve ekibinin elektro retim dzenei ve beslemenitesi.....

: Bornatn yardmc elektrod sistemli deney dzenei...: Bornatn dzeneinden a) yardmc elektrod olmakszn b)yardmc elektrod sistemli nanoliflerin grnts.

: Berrynin simetrik yardmc elektrod sistemli elektro retimdzenei.

: Elektro retim dzeneinde elektrik alan izgilerinin gsterimi..: Deitzel ve ekibinin emberlerle oluturduklar oklu elektrikalanl elektro retim dzenei.

: emberli Elektro retim dzeneinde elektrik alan izgileri...: Tek plaka ile liflerin yolunun deitiini gsteren elektro retimdzenei.

: Elektro retimde disk elektrod kullanmnda liflerin toplaycdatoplanmasnn karlatrlmas..

: Shin ve ekibinin paralel plakalar arasnda oluturduklar elektroretim dzenei.

: Elektro retim ileminde voltaj-akm ilikisi: Voltaj-Lif morfoloji ilikisi..: Voltaj ile retim[spinning] as arasndaki iliki.....: Uygulanan Voltajn retim Asna Etkisi...: Elektro retim elde edilen liflerin SEM grntleri a)%4 lkPEO/Su b)%10 luk PEO/Su...

: Viskozite-Boncuklu yap likisi...: Konsantrasyon ve voltaj etkisinde boncuk ekilleri..: Lif apna etki eden proses parametreleri.: Nanolif Uygulamalar....: Nanolif katmana sahip kompozit kuma tasarm: Filtreleme ileminde parack ap ile toplanma verimliliiarasndaki iliki..

: Spunbond poliester dokusuz yzey zerine yerletirilminanoliflerden oluan filtre .

: Nanolif kullanlarak retilmi hava filtresi...: Spunbond ve nanolif tlbentinden oluturulmu dokusuz yzey..

: Krmz kan hcresi ile nanoliflerden olumu tlbentinkarlatrlmas..

4444

45

45

46

47

48

49

50

50

5151

5253

53

54

5462626364

65

6666687376

77

788080

83


10/161

x

ekil 8.8ekil 8.9ekil 8.10ekil 8.11

ekil 9.1ekil 9.2

ekil 9.3ekil 9.4ekil 9.5ekil 9.6ekil 9.7ekil 9.8ekil 9.9ekil 9.10

ekil 10.1ekil 10.2ekil 10.3ekil 10.4

ekil 10.5ekil 10.6ekil 10.7

ekil 10.8ekil 10.9ekil 10.10ekil 10.11ekil 10.12ekil 10.13ekil 10.14ekil 10.15ekil 10.16ekil 10.17ekil 10.18

ekil 10.19ekil 10.20ekil 10.21

ekil 10.22ekil 10.23ekil B.1

ekil B.2

: Yara rtc olarak kullanlan nanoliflerin uygulanmas...: El stne Elektro-retim lemi ve Yara kaplama..: Askeri amal robot yapm...: Bitkinin bceklere kar korunmas iin elektro retim ileretilmi nanoliften oluan yzey ile kaplanmas..

: Yksek voltajl g kayna (Gamma ES100)..: Polimer eriyii besleme amal kullanlacak MFI test cihaz(ATSFAAR)..............................................................................

: Elektrospray Deney Dzenei (su ve tuzlu su).....:rnga Beslemeli Elektro retim Dzenei.:letken ubuklu Deney Dzenei ....................: MFI Sistemli Elektro retim Dzenei .......: Tasarlanan ve mal Ettirilen MFI Sistemi Dzesi ....: Scak Tabakal Elektro retim Dzenei ....: Silikon Tabancal Elektro retim Dzenei ....: Ekstruderli Elektro retim Dzenei .......

: Suyun Elektrospraying lemi ......: Sentetik Duvar Boyasnn Elektrospray lemi ....: Toplayc zerindeki Multijet Sistemi .....: Boyann Elektrospraying leminde Kritik Voltaj le ToplaycAras Mesafe Deiimi .....

: Taramal Elektron Mikroskobu (SEM) ....: Nanoliflerin apnn Hesaplanmas.: Farkl Tipte Toplayclar a) Silindirik top. b) letken bakr telc) Bitki d) Kat yzey .....

: Pleksiglas Odack .....: % 5 lik PVA zeltisinin SEM Fotoraf ....: % 10 luk PVA zeltisinin SEM Fotoraf ....: % 15 Lik PVA zeltisinin SEM Fotoraf ....: Konsantrasyonun Nanolif apna Etkisi ......: Voltaj- Lif Morfolojisi likisi .....: Toplayc-Besleme Aras Mesafenin Nanolif apna Etkisi : Toplayc-Besleme Aras Mesafenin Kritik Voltaja Etkisi ..: Konsantrasyon-Kritik Voltaj Arasndaki liki.....: MFI Test Cihaznda Elektro retim ....: Silikon Mumundan Oluan Lifler a) Lif Fotoraf b) LiflerinToplanma ekli.....

: Silikon Tabancal Elektro retim Dzenei fotoraf......: Tek Lif Mukavemet Test Numunesi ....: Ekstruderli Elektro retim Ynteminin Genel Grn a)Ekstrder blgesi, b) Kontrol paneli, c) G kayna, d) Dze-toplayc blgesi, katot ve topraklama ular, e) Dze vetoplaycnn nden grn, f) Toplanan liflerin SEM fotoraf,g) Dze-toplayc aras mesafe 9 cm.....

: Polipropilen Liflerin SEM Grntleri.: Polipropilen Boncuklarn SEM Fotoraf.: %10luk PVA zeltisinde Elde Edilen Nanoliflerin10000Xteki SEM Fotoraf, Toplayc Besleme nitesi Aras

Mesafe 20 cm.: %15lik PVA zeltisinde Elde Edilen Nanoliflerin

848589

89

92

92969797989999

100100

103103104

104106107

108109110110111111112113113114116

117

117118

120121122

144


11/161

xi

ekil B.3

ekil B.4

ekil B.5

10000Xteki SEM Fotoraf, Toplayc Besleme nitesi ArasMesafe 20 cm

: %5lik PVA zeltisinde Elde Edilen Nanoliflerin 10000XtekiSEM Fotoraf, Toplayc Besleme nitesi Aras Mesafe 20 cm.

:%10luk PVA zeltisinde Elde Edilen Nanoliflerin

10000Xteki SEM Fotoraf, Toplayc Besleme nitesi ArasMesafe 30 cm....: %10luk PVA zeltisinde Elde Edilen Nanoliflerin10000Xteki SEM Fotoraf, Toplayc Besleme nitesi ArasMesafe 15 cm....

144

145

145

146


12/161

xii

ELEKTROSPNNNG YNTEMYLE NANOLF RETM TEKNOLOJS

ZET

Genel anlamda lifler sz konusu olduunda nano terimi, lif apnn byklhakknda bilgi verir. Baz aratrmaclar ap bir mikronun altndaki liflere nanolifderken, dierleri ise nanolif iin ap 0,3 mikron veya daha az olan lifler tanmnuygun grmlerdir. Gnmzde, mevcut lif retim teknikleriyle ap bir mikron vealtnda lif retilemedii iin, bu aratrma kapsamnda ap bir mikron ve altndakilifler nanolif olarak kabul edilmi ve bu lifleri retmek iin gelitirilmi en sonteknolojilerden biri olan elektro retim (electrospinning) yntemi aratrlmtr.

Polimerik nanoliflerin kullanm iin pek ok alann incelenmesine ramen, kullanmdeeri ve sat hacmi konusunda bir ngrde bulunabilmek henz ok erken veolduka zordur. Genelde, birok uygulama gsteriyor ki, inceleme konusu olannanolifler ksa zaman ierisinde hayatn pek ok alanna girecektir.

Polimer esasl nanoliflerin retimi iin en etkin yntem elektro retim yntemidir.Bu teknikte, polimer uygun bir zcde zlr veya s ile eritildikten sonra birucu kapal ve daralan, br ucunda kk bir delik bulunan cam bir pipetin iineyerletirilir. Daha sonra ise polimer zeltisine/eriyiine ve pipetin ak ucununyaknndaki bir toplayc levhaya yksek gerilim (50 kVa kadar) uygulanr. Sonuolarak toplayc levhada oluan ams yzeyde aplar 30 nmden 1 mikronunzerindeki deerlere kadar deien lifler bulunabilmektedir.

Bu almada, elektro retim yntemi kullanlarak nanolif retim teknolojisiirdelenmi, farkl dzeneklerde farkl polimerler (Polivinilalkol (PVA), Polipropilen(PP), Silikon) ile sistemin alma prensibinin irdelenmesi amacyla farkl svlar (su,boya) kullanlarak lif morfolojisi ve sistem incelenmitir.

Deneysel almalarda elektro retim yntemi esnasnda ilem deikenleri olarak;uygulanan voltajn etkisi, toplayc ile besleme nitesinde yaplan deiiklikler vearasndaki mesafenin etkisi incelenmitir. Bunun yannda zelti ve eriyik

zelliklerinin deiiminin sistem ve lif morfolojisine etkileri de incelenmitir.Sonu olarak, voltajn artmas ile beslemedeki dzensiz ak oranndan dolaynanoliflerde dzensizlik ve yksek ap dalm gzlenmitir. Aradaki mesafeninartmas ile lif apnn azald gzlenmitir. zelti konsantrasyonunun artmas ile delif apnn artt ve liflerin daha dzgn bir yapda olutuu; konsantrasyonunazalmas ile nanoliflerin inceldii fakat hata olarak nitelendirilen boncuk yaplarnnolutuu grlmtr. Ayrca ekstruder ile yaplan deneyler sonucundapolipropilenden de nanolif elde edilmitir.


13/161

xiii

NANOFIBRE PRODUCTION TECHNOLOGY BY ELECTROSPINNINGMETHOD

SUMMARY

In the general context of textile fibres, the term nano describes the diameter of asingle fibre. Some regards fibres with less than one micron diameter as nonofibres,whereas some others accept the dimater of a nanofibre as less than 0.3 micron. As oftoday, there is no readily available technology which spins a fibre with less that onemicron. This project will treat a fibre with les than one micron diameter asnonofibre and will investigate the electrospinning technique as the most recent

technology.Although, a lot of application fields have so far been foreseen for polymericnanofibres, it is both early and difficult to make a reliable prediction for its marketvolume. Nevertheless, it is clear that nanofibres will find application in nearly allaspects of life, such as medical textiles (tissue repairs, blood dialysis, rapid repair ofbone fractures), filters (extremely clean room filters, low viscosity liquid and gasfiltration) as well as daily outerwear (water repellency treatment, peach skin effects).

Electrospinning is one of the known technologies for nonofibre production. In thistechnique, the polymer is dissolved by a proper solvent or heat and placed in a smallpipet-like glass container. A voltage difference of about 50 kV is then applied

between one end of the polymer in the pipette while the polymer is let free to flowform the other end and a collector screen. Under the influence of the electrical fieldthe polymer accumulates on the collector screen as a web comprising fibres withdiameters of 30 nm to 1 micron.

In this study nanofiber production technology by means of electrospinning methodwas studied. In order to investigate working of electrospinning system by usingdifferent polymers such as polyvinylalcohol (PVA), polypropylene (PP), silicone anddifferent liquids such as water and dye in different setups, fiber morphology andmethod was investigated.

In the experimental studies, effect of system parameters on fiber morphology in

electrospinning method are; the applied voltage, the variations in collector andfeeding units, the distance between collectors and feeding units. In addition to theseparameters, the effects of solution and melt properties such as concentration andtemperature on system and fiber morphology were studied.

In conclusion, increasing voltage causes irregular flow rates so roughness and highdiameter ranges were observed on nanofibers produced. A decrease in fiber diameterwas obtained by increasing the distance between collectors and feeding unit. Also ithas been found that polymer concentration effects the fiber diameter and theformation of beads. As the polymer concentration increase the fiber diameterincreases and bead formation decreases. In addition to all of the above studies, it is

also experienced that polypropylene nanofibers could be obtained with anelectrospinning setup using an extruder.


14/161

1

1. GR

1.1 Giri ve almann Amac

Teknolojinin hzl bir ekilde gelimesine paralel olarak, gnmz tekstil sektrnde

de hammadeden son rne kadar byk deiiklikler meydana gelmektedir. Bunun

en byk gstergesi tekstil malzemelerinin, gerek endstriyel gerekse de gnlk

kullanm amal rnlerde kullanmnn artmas ve bu alanlarda yeni uygulama

alanlarnn bulunmasdr. Bu alanlar, gnlk giysilerden ok zellemi teknik

tekstiller olarak adlandrlan, askeri amal, tbbi amal ve benzeri alanlara kadar

deimektedir. Tekstillerin yap ta olan liflerin, yap iindeki dzenlenme ve

dalm tekstil rnlerine istenen son zellikleri kazandrdndan tekstil yaplarnda

nemi byktr. Lifin yapsnda oluturulan bir deiiklik ncelikle tekstil retim

zincirinde ipliklerin, daha sonra bu ipliklerden oluturulan kumalarn yapsn ve

kumalardan oluan giysi ve buna benzer son rnlerin yapsal zelliklerini

etkileyecektir. Mevcut lif retim tekniklerinin, lifin yapsal ve boyutsal zelliklerinde

deiiklik yapabilmede snrl kalmalar nedeniyle, yeni lif retim teknikleri

aratrlmakta ve gelitirilmektedir. Bu nedenle zellikle suni ve sentetik lif retimi

alannda son yllarda aratrma ve gelitirme almalar artarak devam etmektedir.

Lif retim teknikleri arasnda en byk neme sahip olan teknikler srasyla;

eriyikten lif retim teknii, ya retim teknii, kuru retim teknii ve jel retim

tekniidir. Bu teknikler suni ve sentetik polimerlerin kefinden gnmze kadar

gelitirilen ve kullanlan teknikler olup, eriyikten-retim teknii bunlar ierisinde en

yaygn kullanlan tekniktir. Ancak, en eski bilinen teknik ise ya retim tekniidir.

Bu tekniin gnmzde kullanmnn giderek azalmas arlkl olarak evresel

faktrlerden kaynaklanmaktadr.

Bilinen lif retim tekniklerine ek olarak son yllarda giderek yaygnlaan, ama

aslnda patent literatrnde 20. yzyln banda rnekleri grlen, elektrospraying

ileminin bir tr benzeri olan elektro retim (elektrospinning) yntemi aratrlmakta

ve gelitirilmektedir. Adndan da anlalaca gibi bu yntemde, elektrostatik

kuvvetler kullanlarak polimer zeltilerinden veya polimer eriyiklerinden lif retimi


15/161

2

yaplmaktadr. Bu yntemi dier geleneksel tekniklerden ayran temel zellik,

retilen liflerin aplarnn mikron metre mertebelerinin altnda olmasyla beraber

dier tekniklerde kullanlan tm polimerlerin bu teknikte hem eriyik hem de zelti

eklinde kullanlmasdr. Burada yeni bir terim olan nano szc lif retim

teknikleri ierisinde yerini almaktadr.

Nano, kelime anlam ile herhangi bir fiziksel bykln bir milyarda biri anlamna

gelmektedir. Nano-yaplar uzunluk olarak bakldnda yaklak 10-100 atomluk

sistemlere (10-9 metre) karlk gelmektedir. Tablo 1.1de farkl malzemelerin nano

lekte deerleri verilmitir. Nano boyutlarnda sistemlerin fiziksel davranlarnda

normal sistemlere kyasla farkl zellikler gzlemlenmektedir. Nano-bilim ve

teknoloji son on ylda dnya lkelerinin sivil-askeri bilim ve teknoloji stratejilerinibelirler hale gelmitir [1].

Tablo 1.1: Farkl Malzemelerin lleri [2]

Nano-lek seviyesindeki malzemelerin zellikleri makroskobik lekten tamamen

farkl olup, nano-boyutlara yaklatka birok yeni zellikler ortaya kmaktadr.

Maddeyi nano boyutlarda ileyerek ve ortaya kan deiik zellikleri kullanarak,

yeni teknolojik nano boyutta aygtlar ve malzemeler yapmak mmkn olmutur [3].

nmzdeki birka on yl ierisinde nano-teknoloji sayesinde sper bilgisayarlara

mikroskop altnda baklabilecek, insan vcudunun iinde hastalkl dokuyu bulup


16/161

3

iyiletiren, ameliyat yapan nano-robotlar gelitirilebilecek, insan beyninin kapasitesi

ek nano hafzalarla glendirilebilecek, kirlilii nleyen nano-paracklar sayesinde

fabrikalar evreyi ok daha az kirletecektir. Ulusal gvenlii ilgilendiren konularda

nano-malzeme bilimi, yeni savunma sistemlerinin gelitirilmesinde, haber alma ve

gizlilik konularna ynelik ok kk boyutlarda aygtlarn yaplmasnda

kullanlacaktr. Birim arlk bana u andakinden 50 kat daha hafif ve ok daha

dayankl malzemeler retilebilecek ve bunlarn sonucu olarak insann gnlk

yaamnda kulland tekstil rnleri gibi rnler deiebilecei gibi, uzay

aratrmalarnda ve havaclkta yeni roket ve uak tasarmlarnn ortaya kmas

mmkn olacaktr [1].

Bu balamda lifleri de nano boyuta indirgeyerek son rnler de elde edilecekzelliklerin de deitirilmesi mmkn olacaktr. Nanolif kullanlarak oluturulabilen

tekstil rnleri ve gelecekte oluturulabilecek potansiyel rnler aada verilmitir;

Filtrasyon amal rnler

Biyomedikal uygulamalar: Yara bezleri, ila iletim sistemleri, sentetik kan

damarlar, yapay organlar ve koruyucu giysiler

Tarm uygulamalar: Gbrelerin bitkilere zamanla salnmasn salayan

kumalar, bitkileri bceklerden korumak iin izolasyon amal kumalar Yksek scaklk ve yksek modl gereken yerlerde kullanlan seramik ve

karbon nano-lifler [4].

Bu ekilde retilmi liflerden elde edilen tekstil maddeleri, filtrasyon

uygulamalarnda ve giyim sanayinde byk gelimelere yol amaya adaydr. Buna

ilave olarak elektro retimle elde edilmi lifler yksek miktarda statik yk tayarak,

yeniden yap oluturarak boyutlu yaplara dntrlebildii ynnde baz

kantlar vardr. Bununla beraber, kk gzenekli yap ve yksek yzey alan

salamas bakmndan biyomedikal uygulamalarda kullanlmas imkan dahilindedir

[5].

Bu adan nanoliflerin son rne kazandraca baz zellikler aada belirtilmitir:

Birim ktleden elde edilebilecek yzey alannda art [6],

Filtrelemede yksek performans [7],

Su geirmezlik, leke tutmazlk, krmazlk gibi kuma performans

zelliklerinde yksek derecede art [8],


17/161

4

Bu almann ncelikli amac; elektro retim metodunu kullanarak PVA ve PP

polimerlerinden nanolif retmektir. retilen nanoliflerin yapsal ve mekanik

zellikleri de taramal elektron mikroskobu (SEM) kullanlarak incelenmitir.

Bu almada hedeflenen dier ama ise; elektro retim yntemindeki sistem veilem deikenlerini irdeleyip sonularn inceleyerek en optimum sistem ve ilem

deikenlerini belirlemektir.

Sonu olarak bu alma kapsamnda nanolif retim teknolojisi olarak kullanlan

elektro retim yntemi tm detaylar ile ilenecek ve bu teknolojinin endstriyel

alana tanmasnda yaplacak sistemlerdeki deiiklikler ve retim hznn optimum

bir seviyeye kmas iin gerekli modifikasyonlar deneysel olarak yaplacaktr.


18/161

5

2. LF RETM TEKNKLER

2.1 Giri

Polimerlerden lif oluturulmas eitli yntemlerle yaplmaktadr. Bu retim eitleri

polimerin cinsine bal olup polimerin fiziksel zellikleri, sya kar gstermi

olduklar davranlar, polimerin retilip lif haline getirilecei yntemi

belirlemektedir [9]. Polimerlerden suni ve sentetik lif retiminde en yaygn olan

teknikler; eriyikten retim, ya retim ve kuru retim teknikleridir. En son

gelitirilen yntem olmasna ramen, eriyikten lif retim yntemi, en basit ve

gnmz endstrisinde en yaygn olarak kullanlan yntemdir [10]. Tablo 2.1, suni

ve sentetik liflerin retim tekniklerini gstermekte ve bu teknikler ile retilen lif

materyallerini listelemektedir.

Tablo 2.1: Suni ve Sentetik Lif retim Tekniklerinde Kullanlan Polimerler

Suni ve Sentetik Lif retim TeknikleriEriyikten retim Kuru retim Ya retim

Poliamid(Naylon) Asetat ViskonPoliester Triasetat KuproPolipropilen Akrilik AkrilikPolietilen Spandeks SpandeksPoliolefin Vinyon Modakrilik

En ekonomik teknik olan eriyikten lif retim tekniinde polimer lifinin belli birviskoziteye ulamas iin sya ihtiya vardr. Bu polimer lifi ekstrzyon ilemi ile

dzeden ekilmektedir. Kuru retim tekniinde, polimer uygun bir zc ile sv

hale getirilerek scak havann da yardmyla dzeden kan filamentlerdeki zc

buharlatrlarak lif oluturulur. Ya retim tekniinde ise, kuru retim tekniine

benzer bir ekilde polimer zcsyle birlikte ilenerek dzeden fkrtlr ve

konsantrasyonu daha az olan zcl banyoda, difzyonunda etkisiyle liflerdeki

fazla zc banyoya aktarlarak lif oluturulur.


19/161

6

Eriyikten lif ekimi termoplastik polimerlerle yaplrken, zeltiden lif retimi (kuru

ve ya retim metotlar) termoset polimerlerle yaplmaktadr [9]. Ayrca evresel ve

ekonomik faktrlerden dolay gnmzde ya ve kuru retim teknii neredeyse

kullanlmamaktadr. Bu nedenle bu tekniklerle retilen polimer lifleri eriyikten

retim tekniinde ilenebilmesi iin aratrmalar srdrlmektedir.

2.2 Eriyikten retim Teknii

Eriyikten lif retim teknii, sentetik lif retim yntemleri ierisinde en basit olandr.

nk herhangi bir zc kullanlmadan lif retilir [9]. Eriyikten retim yntemi,

1930lu yllarn sonlarnda poliamid 6 ve poliamid 6.6 polimerlerinden lif retimi

iin gelitirilmitir [11].

Bu teknikte, kat haldeki polimerler (chips, pellet veya granl formunda) ilk nce

besleme hunisine yerletirilirler. Daha sonra vidal bir mile sahip olan ekstruder,

buna bal dozaj pompas ve lif retimi iin gerekli deliklere sahip olan dzelere

beslenirler. Burada ekstruder, bu sistemin ana ileminin gerekletii blmdr.

Kat polimerler, yksek erime ve homojenlik salayan ekstruderler aracl ile

eritilip basnlandrlr (ekil 2.1).

ekil 2.1: Eriyikten Lif retim Tekniinin Basit Bir Grnts

Tek bir ekstruder eit uzunluklu dallanan borular aracl ile pek ok retim biriminierimi halde polimer ile besleyebilir. Polimerizasyon biriminde oluturulan eriyik


20/161

7

haldeki polimer dorudan lif retim biriminin eriyik datm borularna beslenir ya

da depolamann kolay olmas ve polimerin bozulmamas iin cipsler haline

getirilirler.

Eriyik haldeki polimerler datma borular zerinden ilk olarak dozaj pompasnailetilirler. Pompann grevi belli basnta polimeri dze bloklarna iletmektir [9].

Kayna ne olursa olsun, polimer olduka hassas bir biimde imal edilmi dozaj

pompalar tarafndan sabit bir debide bir filtre nitesinden geirilerek her bir lif

retim birimine beslenir [10].

Eriyik haldeki polimerin lif oluturmak zere makine dna ilk kt eleman olan

dzeye erimeden nce, bir dizi filtreden geirilerek ierisinde var olmas olas olan

her trl parack, jel ve gayri-safiyetlerin tutulmas salanr. Bu kirlilikler filtrelerdetutulmadan geerlerse ya dze deliklerini tkayacaklar ya da lifin ierisine yerleip lif

kesitinde yer igal ederek lifin daha sonraki ilenimi veya kullanm esnasnda

performansn ktletireceklerdir. Filtrelerde szlen eriyik haldeki polimer, 20

MPa kadar basn altnda zerinde life ekil veren delikler olan dze plakasndan

geirilir. Dze eriyiin filament eklinde akmasn salayan kk apl deliklere

sahip elemanlardr. Buradaki delik says ve ap retim hzn ve performansn

belirlemektedir [9]. Dze zerideki deliklerin, polimer k ksmndaki en kkaplar 175 - 750 m arasndadr [10].

Her bir dze plakasnda yaklak olarak 5 ila 1500 delik bulunabilir. Bu delikler

retilecek lifin enine kesit eklini belirler. Bu ekiller yuvarlak kesitten, ii bo lif

kesitlerine kadar deiim gsterir (ekil 2.2).

ekil 2.2: Dze Deliklerinin ekilleri ve Lif Kesitleri


21/161

8

retilen filament kalnl (tex), her bir dze deliinden akan polimer debisi W

(gr/dakika) ve filamentin sarm hz V (m/dakika) ve dze deliinin ls tarafndan

belirlenir. Dze delii ap ve filament kalnl arasndaki iliki, delikten kan

polimerin hz (Vo) ile sarm hz (V) oran olan retim ekimi oran Vo/V ile

kurulur [10].

Eriyik haldeki polimer dze deliinden geerken, alm silindiri veya sarc tarafndan

uygulanan ekim kuvveti sayesinde hzlandrlr ve ekilerek inceltilir. Bu ilem ile

e zamanl olarak eriyiin scakl hzl bir biimde azaltlr. Dze deliinin hemen

altndaki eriyik haldeki polimer itiinden dolay ap, incelme balamadan evvel,

dze delii apndan bir miktar fazladr.

Bu ani ime, eriyik haldeki polimerin dze delii ierisinde maruz kald visko-elastik gerilmeden ani olarak kurtulmas ile oluur. Bu blgenin hemen altnda,

souk filtre edilmi ve rutubetlendirilmi hava, eriyik halde akan polimeri kontroll

bir biimde soutarak katlamasn salamak zere filamentlerin zerine flenir.

Souk havann eriyik halde akan polimer ile birleme biimini salayan pek ok

farkl yntem gelitirilmitir ve kullanlmaktadr. Bunlar; souk havann filamentlere

yandan flenmesi (cross-flow quench), silindirik olarak akan filamentlere havann

dardan ieriye doru flenmesi (in-flow quench) veya yine silindirik olarak akanfilamentlere havann ieriden darya doru flenmesi (out-flow quench) biiminde

olabilir. Soutulan filamentler daha sonra bir kanal ierisine alnarak, filamentlerin

birleerek iplik oluturduu noktaya kadar harici etkilerden korunmas salanr.

Filamentlerin iplik oluturmak zere bulutuklar noktann hemen sonrasnda,

filament topluluu yani iplik, yalayc, anti-statik zellik kazandrc, mikrop

ldrc ve korozyon nleyici maddelerin zel bir karm olan spin finish yan

iplie uygulayan spin finish uygulama birimi ile temasa gelir. Spin finish ya

filamentlerin birbirlerine tutunmalarn, kohezyonu arttrr ve ipliin sabit iplik

klavuzlar zerinden kayarken oluan srtnmeyi azaltr. plik kohezyonu, ipliin

ilenmesi veya kullanm esnasnda filamentlerin ayrlp gitmesini engelleyerek, bir

btn olarak davranmasnda nem arz eder. plik gvdesinden ayrlan filamentler,

ipliin ilenmesi veya kullanm esnasnda, ilemi gerekletiren makina veya

cihazlarn elemanlar arasna girerek filamentllerin ve hatta tm ipliin kopmasna

neden olabilir. plik gvdesinden ayrlan bu filamentler ipliin sarm esnasnda da

farkl yerlere yerleerek ipliin tekstre, dokuma veya rme yaplmak zere


22/161

9

salmas srasndada dzgn olmayan iplik gerginlikleri olutururlar. Kt iplik

kohezyonuna neden olan en nemli etmen olan statik elektriklenme anti-statik

zellikli bir spin finish yardm ile kontrol altna alnabilir. Spin finish ya saf halde

veya su ile emlsiyon oluturularak, dnen bir silindirin yzeyinde oluturulan film

tabakasnn iplik ile temas ile veya bir klavuzdan geerken klavuza dozajlanan ya

ile ipliin temasa getirilmesi ile iplie uygulanr.

2.3 Ya retim Teknii

Ya retim ileminde, polimer sv hale getirilerek pompa ve filtre sistemlerinden

geirilerek bir banyo ierisinde dze deliklerinden fkrtlr. Banyoyu tekil eden

kimyasallar, sv huzmesi halindeki polimer zeltisini phtlatrarak veya rejenereederek sv halden kat hale dntrerek lif oluumunu salar [10]. zcnn

kalan ksmnn uzaklatrlmas iin ykama ve kurutma ilemlerine maruz braklr.

Kuruyan ve zerindeki zcleri uzaklatrlan filamentler daha sonraki ilemlerde

kullanlmak zere gerek filament eklinde gerekse de kesik elyaf eklinde

depolanrlar.

Ya retim ileminde, lif oluturan polimer zeltisinin kopma olmakszn dze

deliklerinden alm hz, kuru veya eriyikten retim ilemlerindekinden ok dahadktr [12]. Ya retim ilemi ok geni kapsaml olarak iki ana snfa ayrlabilir:

(1) zc olan/zc olmayan sistemi kullananlar, (2) polimeri svlatrmak ve

daha sonra da geri katlatrmak iin kimyasal reaksiyon kullananlar.

Akrilik ve modakrilik birinci snfa girerken viskon ve kupro rayonu lifleri de ikinci

snfa giren retim ilemleri ile retilirler [12]. Ya retim tekniinin tipik bir

gsterimi ekil 2.3de verilmitir.


23/161

10

ekil 2.3: Ya retim Tekniinin Basit Bir Gsterimi

2.4 Kuru retim Teknii

Kuru retim ileminde polimer uygun zcyle zlerek sv hale getirilir. Sv

hale gelen polimer zeltisi eitli blgelerde yer alan filtrelerden geirilerek bir

pompa vastasyla dzeye iletilir. Aadan yukarya flenen scak hava, filamentler

ierisindeki zcleri ok hzl bir ekilde buharlatrarak filamentleri kat hale

getirir. Buharlaan zcler tekrar kullanlmak zere geri kazanm salanr (ekil

2.4).

Aseton ve metilen klorit en nemli kuru retim ilemi zcleridir ve selloz asetat

ve selloz triasetat liflerinin retilmesinde kullanlrlar. te yandan, akrilik ve

spandeks lifleri, 150C ila 200C aralnda kaynayan ve buharlamak iin ok daha

yksek scaklklar gerektiren dimetil formamit ve dimetil asetamid gibi daha az

uucu zcler kullanlarak retilirler [12].

Kuru retimde filamentin yzeyinde zcnn hava ile buharlamasndan

kaynaklanan gzenekli yap mevcuttur. Bu baz durumlarda istenen bir zellik

olabilir. Buna rnek olarak boyama ilemindeki kolaylatrma verilebilir.


24/161

11

ekil 2.4: Kuru retim Tekniinin Basit Bir Gsterimi

2.5 Jel retim Teknii

Jel retim sistemi, zel lif zellikleri ve yksek mukavemetli lif retmek iin

kullanlan zel bir retim sistemidir. Polimer ekstrzyon srasnda tam olarak sv

halde deildir. Polimer zincirleri deiik noktalarda bir birlerine balanarak sv

kristal formda bulunur ve bu da tamamen ayrlmam zelti oluturmaktadr. Bu

ilem sonuta oluan filamentlerin iinde zincirler aras yksek kuvvetler oluturur,

bu da liflerin mukavemetini nemli lde arttrr. Bunun yannda ekstrzyon

srasnda kesme kuvvetlerinin de etkisiyle sv kristaller lif ekseni boyunca dzgn

bir hizaya gelmektedirler. Filamentler olaand yksek derecede oryante olmu bir

yapya erimektedir. lem ya retim sistemi ile kuru retim sistemine benzemekle

birlikte filamentler nce havadan geer daha sonra da sv banyosuna girer ve


25/161

12

soutulur. Baz yksek mukavemetli polietilen ve aramid lifleri bu yntemle

retilmektedir [13].

ekil 2.5de 1980 ylnda Smith ve Lemstra [14] tarafndan kullanlan jel retim

sisteminin ekli gsterilmitir.

ekil 2.5: 1980 Ylnda Smith ve Lemstra Tarafndan Kullanlan Jel-retimSisteminin Grnts [14]

2.6 Dier retim Teknikleri

Dier retim yntemleri arasnda liflerin bir filmden kesilerek elde edilmesi giderek

hzla yaygnlaan bir yntem olarak karmza kmaktadr. Bu yaygnlamann en

nemli nedenleri, film retiminin ekonomiklii ve ok farkl polimerlerden film

retiminin mmkn olmasdr. Bu ilemde, genellikle eriyik haldeki polimer ok

uzun ve dar bir yarktan aktlarak film oluturulur [10].

Filmden lif eldesi iin ise bir ka deiik teknik mevcuttur. Esas olarak, retim

dorultusunda ekilerek moleklleri oryante edilen filmden ya mekanik yolla

patlatlarak (fibrilize edilerek) veya da film boyunca dar eritler halinde kesilerek lif

topluluu elde edilir. Gnmzde yaygn olarak polipropilen lifi bu yolla elde

edilmektedir [10].


26/161

13

3. NANOLF RETM TENKLER

3.1 Giri

Tekstil endstrisi yllardan beri grnts ve dokunuu ipek lifine benzeyen lif elde

etmek iin ura vermektedir. Bu nedenle ok ince (ultra-fine) lif terimi tekstil

endstrisinde yerini ald [11]. Tablo 3.1de baz doal, suni ve sentetik liflerin ap

deerleri verilmitir. Grld gibi rmcek lifinin ap deeri en dktr.

Tablo 3.1: Baz Doal ve Yapay Liflerin aplar [15]

Lif Ortalama ap (mikron) CV Deeri(%)

rmcek Lifi 3.57 14.8

pek 12.90 24.8

Merinos Yn 25.50 25.6Poliester 13.30 2.4

Poliamid 6 16.20 3.1

Kevlar 29 13.80 6.1

Yukardaki tabloda liflerin boyutlar (ap deeri) mikron lsnde verilmitir. Fakat

tekstilde kullanlan liflerin boyutlandrlmasnda eitli terimler kullanlr ve bu

terimler aadaki gibi tanmlanmtr [2].

Monofilament: Tek bana kullanlan ve genellikle incelii 14 denyeden fazla olan

filamente denir. Monofilamentlerin boyutlar genellikle aplarnn mikron veya mm

cinsinden deerleriyle llr.

Denye: izgisel veya tek boyutlu olarak alglanabilecek bir materyalin, 9000

metresinin arln gram cinsinden belirten, birim uzunlua den arl esas alan

boyutlandrma birimidir. Hem monofilament iplikler, hem de ok filamentli iplikleriin kullanlr.


27/161

14

Desitex: Denyeye benzer olarak 10000 metrelik bir iplik veya lifin gram cinsinden

arlna denir. Metrik olmas bakmnda akademik dnyada ve modern endstride

yaygn olarak kullanlmaktadr.

Mikrolifler: Esasen, incelii bir denyeden daha az olan lif ya da filamentlerdenoluan iplikler iin kullanlan bir terimdir. rnek olarak, 1 denye poliester lifinin

ap 10 mikrondur. Bir lifin incelii 0,3 denyeden az olduu takdirde, incelik apn

mikron cinsinden deeriyle ifade edilir.

Nanolifler: aplar 1,0 mikrondan daha az olan lifler iin kullanlan terimdir. Tipik

nanoliflerin aplar 50 ila 300 nanometre arasndadr. Grsel bytme olmadan

grlemezler.

Nanolifler aadaki yntemler ile retilmektedir.

Fibrilasyon ile nanolif retimi,

Meltblown teknii ile nanolif retimi,

Bikomponent nanolif retimi,

Elektro retim (electrospinning) yntemiyle nanolif retimi

3.2 Fibrilasyon ile Nanolif retimi

Nanolif retiminde kullanlan bir yntem olarak, selloz gibi lineer hcresel yapya

sahip liflerin nano boyutlu daha ince lifikler halinde fibrilasyonu ilemidir [2].

znme, jelleme, farkl zcler kullanarak retim, dondurma ve nano gzenekli

kpk oluturacak ekilde kurutmay ierir. Bu ilem zaman alc bir sretir [3]. Bu

teknikle retilen lifler orta dzeyde mukavemet zelliklerine sahip olmalarna

ramen, boyut ve oluumda byk deiiklikler gsterirler. Lyocell liflerinin retimkoullarnn son derece kritik olmasndan dolay, bu teknikte baarl olma olasl

son derece azdr ve beklenildii gibi baka uygulamalarda fibrile olmayacak iyi

lyocell lifleri retmek iin gerekli retim artlaryla ztlk arz etmektedir [16].

3.3 Meltblown Teknii ile Nanolif retimi

Meltblown prosesi, kk apl lif retimi iin kullanlan yaygn bir yntem olarak

kullanlmakla beraber teorik olarak 0.5 ile 30 m, pratik olarak ise 2-7 m aplarndalif retmek mmkndr. Meltblown tekniinde yksek hzl scak hava ile


28/161

15

filamentler dzelerden fibrilli bir tlbent oluturmak zere ekim ilemine tabi

tutulurlar. Bu ilem genelde nonwoven kuma retmek iin kullanlan yeni ve yaygn

bir yntemdir. Bu kumalar dier nonwoven kumalara oranla daha yumuak bir

tueye sahip olmakla birlikte kuma zerindeki kaplama zellii, effaflk ve

gzeneklilik filament aplarnn farkl dalmndan dolay farkl oranlarda

olabilmektedir [17]. Bu teknolojide termoplastik lifler kullanlmakla beraber yaygn

olarak PET, PP, ve PA 6 kullanlr. Polimer cipsleri ncelikle bir ekstrdere

beslenirler burada sv hale gelen polimer eitli filtrelemelerden getikten sonra

pompa yardmyla kartrc blgede homojenlik salamak iin iletilir. Bu sistemin

normal eriyikten retim sisteminden fark dze blmdr. Bu sistemde dze enine

uzunlukta yaklak olarak 1,5-3,0 m arasnda bir ene sahiptir. Ayrca dzeden

polimer geirilirken yksek basnta scak hava flenerek dzeden kan filamentler

inceltilir ve hareketli bant zerine dklr. Filamentler tayc bantta uzunlamasna

serilirler ve daha sonra kalender silindirlerinden geirilerek levente sarlrlar.

Meltblown ynteminin ilem akn gsteren ekil ekil 3.1 aada verilmitir.

ekil 3.1: Meltblown Ynteminin Basit Bir Gsterimi [18]

Meltblown ileminden kan rnler; rasgele bir elyaf oryantasyonuna sahip olmas,

yksek effaflkla birlikte rtclk zellii, yksek yzey alanna sahip olmasndan

dolay iyi yaltm ve filtrasyon zellii, liflerin dz bir yzeye ve yuvarlak kesit

alanna sahip olmalar, retilen kumalarn lif aplar ile doru orantl olarak

gramajlarnn dk olmas gibi birok zelliklere sahiptirler[17].


29/161

16

Eriyikten lif retiminin, ok miktarlarda lif retimine elverili olmas nedeniyle,

nanoliflerin dorudan eriyikten retim teknii ile retilmesini mmkn klmak iin

bu ilemin deitirilmesi dorultusunda pek ok aratrma ve gelitirme almalar

srdrlmektedir. Bu aratrmalarn ounluu sadece aratrmaclarn bilgisi

dahilinde olan gizli aratrmalardr ve bu yzden de detaylar kapsaml bir ekilde

henz aklanmamtr. Korea'deki Nano Tecnics'in nanolif filtre materyali, elektro

retimden daha ziyade deitirilmi bir meltblowing ilemiyle retilmektedir [16].

Sonu olarak lif boyutlarnn deiim aral ile birlikte ortalama meltblown lif

boyutu da byk lde bu yntem sayesinde azaltld. Bu teknikte dze delik aplar

0,10 ile 0,15 mm arasnda deitii iin polimer 1000 veya zerinde MFI'e (MFI:

Melt Flow Index, Eriyik Ak Hz ndeksi) sahip olmal ve ayrca da son derecetemiz olmaldr. Bu dzeyle uzun vadeli retim ilemi halen gelitirme aamasndadr

[16].

3.4 Bikomponent Yntemi ile Nanolif retimi

Bikomponent lif, ayn lifi oluturacak iki farkl polimerin ayn dze deliinden

aktlarak elde edilmesi olarak tanmlanabilir. Bikomponent lifler genel olarak kesit

ekillerine gre ii-ie, yan-yana, denizde adack ya da dilimli pasta bikomponentlifler olarak snflandrlrlar [19]. (Baknz ekil 3.2)

ekil 3.2: Bikomponent Lif retimi ile retilmi Liflerin Kesit ve Boy Grntleri

Nanoliflerin retimi iin, nc bir yntem olarak, ayrtrlabilen veya zlebilen

bikomponent lifleri kullanlmaktadr. Nanoliflerin retiminde bu teknolojinin

kullanm iin birok yaklam ileri srlmtr. zerinde en ok allan yaklam

ise standart bir retim-ekim ilemi ile deniz-adack tipi bikomponent liflerin

retimidir [16].


30/161

17

Denizde adack modelinde iki ayr polimer zel yaplm dzelerden geirilerek

iyapdaki polimer fibrilli bir ekilde d polimerin iine yerleir. Genelde

adacklarn says 100 ile 600 arasnda deimektedir. Filament retildikten sonra

klasik yntemlerle kuma veya iplikler oluturulur. Daha sonra d ya da deniz olarak

adlandrlan polimer uygun zcde zlr. Adacklar ya da fibrillerin bunlarn

aplar nanometre seviyelerine kadar inebilmektedir. Bu konuda Hills irketinin [2]

birok almas vardr. ekil 3.3 bu firmann rettii 600 adacktan oluan bir lifi

gstermektedir.

ekil 3.3: Denizde Adacklar Yntemiyle Yaplan 600 Adackl Bikomponent Lif [2]

Denizde adacklar yntemiyle retilen lifler zellikle yapay krklerde, sentetik

damarlarda, filtrasyon malzemelerinde ve birok uygulama alannda

kullanlabilmektedir.

3.5. Elektro retim Yntemi ile Nanolif retimi

Elektro retim yntemi, nanolif retim teknikleri arasndaki en avantajl yntemdir.

Bu yntem ileriki blmlerde detayl olarak aklanacaktr.

Geleneksel lif retim yntemleri olarak tanmlanabilecek olan, elektro retim

dndaki tm dier lif retim yntemleri, lif retiminde mekanik kuvvetleri esas

etken olarak kullanr. te yandan elektro retim yntemi, elektrik alan kuvvetleri

yardm ile polimerden lif oluumunu salar ve bu yntemde elde edilen liflerin

aplar nanometre boyutundadr.


31/161

18

4. ELEKTRO RETM YNTEMNN TARHSEL GELM

Elektro retim ilemi yeni bir teknoloji deildir. Bu ilem 1600l yllarda, William

Gilbertin [20] manyetizma zerine almalarn srdrrken tesadf bir ekilde

electro-manyetizmann svlar zerine etkisini gzlemlemesiyle ortaya kmtr.

almasnda bir su damlasn elektriksel olarak kuru bir yzeyden belli bir mesafede,

bir koni biiminde ekildiine iaret etmitir. te bu elektro spray ve elektro retimileminin tarihinin balad noktadr [20,21].

1882de Lord Rayleigh [22], Elektrik ykne sahip damlalarn elektro-retim

srasnda gsterdii dzensiz hareketler zerinde almtr. Rayleigh yaltlm bir

ykl damlacn kararll zerine teorik bir alma yapt ve ykn kararlln

salayan yzey geriliminin stnde bir deer aldnda damlacn kararsz bir hale

geldiini ve paralanmann gerekletiini tahmin etmitir [23]. Elde ettii sonulara

gre; damla zerine etkiyen iki kuvvetten biri elektrik kuvveti, dieri ise elektrikkuvvetine tam zt ynde damlay etkileyen yzey gerilimi kuvvetidir. Elektrik

kuvvetinin yzey geriliminden kaynaklanan kuvveti yendii anda ise damla ince

jetlere ayrlarak akmaya balar [22,24,25]. Ayn zamanda damlann dze ucundan

kmas iin gerekli maksimum yk de hesaplamtr [26,27]. Bu olay iin kritik

nokta denklemini ise

q2 = 640 a3 (4.1)

olarak vermitir.

Burada;

q: damla zerindeki yk, 0: serbest uzayn iletkenlik sabiti, : damlann yzey

gerilimi, a: damlann apdr [11].

1914 ylnda Zeleny, damla ucundaki (meniscus) elektrik yk younluunu basnl

sv kolonunun yksekliine bakarak tespit etmitir. Burada, elektrik ykl damlaucunun elektrik alan sayesinde mekanik bir kuvvet uygulayarak sv kolonunu


32/161

19

ykseltecei varsaylmtr. Ayrca, Zeleny damla ucunda meydana gelen

deformasyonlar da incelemi [22] ve 1915 ylnda da damladan jete gei durumunu

incelemi ve Lord Rayleigh ile ayn sonular elde etmitir [22]. Dk molekler

arla sahip bir sv kullanarak pskrme olayn (spray olgusu) fotoraflarla

desteklemitir [22]. Bu fotoraflardan anlalan ise alkole gre daha yksek bir

yzey gerilimine sahip olan suyun damladan jete gei konumuna gelebilmesi iin

alkole nazaran daha yksek bir gerilime ihtiya duyduudur [22]. 1917 ylnda ise

Zeleny, ilk defa elektriklenmi sv yzeylerinin hzl elektro-hidrodinamik

arpmasn gzlemlemitir. Gzleminin sonucunda oluan spreyin zcnn

yapsnn, yksek voltajn ve borunun ucundaki sv basncnn bir fonksiyonu

olduunu belirlemitir [28].

Zelenynin alm olduu deney dzeneinin bir benzeri ekil 4.1de gsterilmitir.

ekil 4.1: Zeleny Deney Dzenei.

Elektro retim yntemiyle lif retimi hakkndaki ilk patent 1934 ylnda Anton

Formhals (US Patent, 1-975-504) tarafndan alnmtr. Formhalsn icad svlar

zerindeki alan kullanm ile suni ve sentetik filament retiminin bir tasarmyd [29].

Formhals polimer filamentlerinin retimi iin elektrostatik kuvvetin kullanld bir

sistem gelitirdi. Selloz asetatn polimer zeltisi elektrik alana maruz brakld.

10 kV

ine

Plastik boru

ll cam

topla c

elektrospra in

Ta lor konisi

su

Basn


33/161

20

zelti, selloz asetatn etilen glikol de znmesiyle hazrlanmtr. Zt kutuplara

sahip elektrotlar arasnda yol alan polimer zeltisinden filamentler elde edildi.

Elektrotlardan biri zeltinin ierisine konurken dieri de hareketli toplaycya monte

edildi. Elektrik ykl lifler hareketli plaka zerinde topland (Baknz ekil 4.2). Bu

ilem iin gerekli gerilim zeltinin yapsna bal idi ve bu yapy ise esas olarak

polimerin molekler arl ve viskozitesi belirlemekteydi. Kk deliklere sahip

rngalar metal alamlarn delinmesiyle elde edildi [22]. rnga ularnn ekilleri

dzensiz ak problemlerini engelleyecek ekilde tasarland ve bu ular uniform,

hafif eimli ve yuvarlak apraz kesitlere sahipti [22]. Formhals patentinde gereken

potansiyel farkn zeltinin zelliklerine bal olduunu, bu zelliklerin ise

polimerin molekler arl ve viskozitesi gibi parametreler olduunu ifade etmitir.

Potansiyel fark olarak 5-10 kV uygulamtr [11]. 1939da sistem, rnga ile

toplayc arasndaki mesafenin ayarlanabildii bir ekilde tekrar tasarland. nk

mesafe ksa tutulduu takdirde zcnn tam olarak buharlamamas sebebiyle

lifler birbirlerine ve plakaya yapma eilimi gstermekteydi. Hareketli toplayc

plaka sayesinde liflerin tamamen kurumasna imkn tanyacak mesafe

salanabiliyordu [22].

ekil 4.2: Formhals Deney Dzenei [30]


34/161

21

1940 ylnda Formhals hareketli bir ana tabaka zerine elektrostatik kuvvetler

vastasyla retilen polimer lifleri ve oklu polimerden olumu kompozit lif tlbenti

reten bir sistemin patentini ald [31].

Gladding [22] daha istikrarl bir retim yapabilmek amacyla elektro retimikullanarak yeni bir sistem gelitirdi. Bu sistemde liflerin toplanmas iin srekli bir

konveyr bant kullanld. Bu bant iki elektrot arasndan geip, oluan lifleri toplayp

tamaktayd. Elektro retim iin gelitirilen bu sistem ekil 4.3de gsterilmitir.

ekil 4.3: Gladding Deney Dzenei [22]

1941de elektrik alan ile ince lif retim teknii Childs tarafndan elektrostatik retim

olarak adlandrlmtr [32].

Wilson ve ekibi elektrik alan ierisindeki sabun baloncuklarnn patlama

hareketlerini incelediler. Bu deneyde, sabun baloncuu bir plaka zerine konulmu

ve dier bir plaka ilk plakann biraz uzana ve stne gelecek ekilde

yerletirilmitir. stteki plakaya gerilim uygulanm ve oluan elektrik alann

arttrlmasyla baloncuun uzayarak ekil deitirmeye balad gzlemlenmitir. Bu

hareketi gsteren baloncuk iin denge denklemleri hesaplanmtr [22].

Macky, aplar 0,0850,26 cm arasnda deien su damlalarnn elektrik alanierisindeki davranlarn incelemitir. Elde ettii sonular Wilsonunkine benzerdir.

Bu sonulara gre; elektrik alan arttrldnda su damlas uzamaya balar ve

kararszln olutuu bir snr deerden sonra filamentler damladan kopmaya balar

[22].

Vonnegut ve Neubauer 1952 ylnda aplar yaklak 0,1 mm olan elektrikle ykl

damlalar elde etmeyi baardlar. almalar sonucunda ekil 4.4deki elektrostatik

fskiyeyi tasarladlar.


35/161

22

ekil 4.4: Elektrostatik Fskiye

ekil 4.4deki sistemin alabilmesi iin suyun dolduu kabn ana ksmnn su

seviyesi borununkinden biraz yukarda olmaldr. Bu kaba, yksek gerilim

uyguland takdirde borunun ucundan kk damlacklar kacaktr.

Damlacklardan oluan bu jet eer paralel beyaz k demetine maruz braklrsa

renklendii grlecektir ve bu da jeti oluturan damlacklarn apnn yaklak 1

mikron olduu ve damlacklarn uniform olduunu ispatlamaktadr. Damlacklarn

boyutlar uygulanan gerilim ile deimektedir [22].

Drozin deneylerinde birok sv kullanm ve bu svlar da 0 12 kV aralnda

yksek gerilimlere tabi tutmutur. Uygulanan gerilim dk tutulduunda damlalar

oluurken gerilimin arttrlmas zerine damlalar uzam ve nihayetinde de kararl bir

jet halini almtr. Gerilim arttrlmaya devam edilirse nce kk jetler olumaya

balam ve ardndan ince damlalardan mteekkil bir bulut, oluan 3 ya da 4 jete

elik etmitir. Yksek voltajlarda ise kk jetler kaybolmu ve yerlerini ok ince

damlacklar barndran bir damlack bulutuna brakmtr [22].

Wachtel ve ekibi elektrostatik yntemi kullanarak emlsiyon paracklarn

hazrladlar. Bu yntemle yan su iinde mono-dispers bir emlsiyonu elde edilmi

oldu. Elde edilen damlack paracklarnn aplar 0,5 ila 1,6 mikron arasnda idi [22].

1960l yllarda Taylor tarafndan yaplan eitli almalarda, elektriklenmisvlarn temel teorik prensipleri aklanmtr [33]. Bu almalardan bir tanesinde,

iki sv arasndaki koni ara yzn elektrik alan ierisinde dengede olduu

gsterilmitir [20]. Elektrik alan etkisi altnda sv yzeyi yklenir ve karlkl

yklerin birbirlerini itmesi ile d bir kuvvet oluur. Eik deerini getikten sonra

elektrostatik kuvvetle, sv damlac bir koni eklini alr ve fazla ykler koninin

ucunda oluan yklenmi jetten dar kar. Taylor, elektriksel kuvvetin yzey

gerilimine eit olduu bu kritik noktada koni olutuunu ve bu koninin yarm asn


36/161

23

49.3 olarak tahmin etmitir. Bu tahminleri yapt deneylerle uygunluk gstermitir

[11]. Taylorn deney dzenei ekil 4.5de verilmitir.

ekil 4.5: Taylor Deney Dzenei [30]

Taylor tarafndan gelitirilen teoride [30], bir elektrik alan iindeki viskoz damladan

ince liflerin olumas, elektriksel kuvvetler tarafndan yklenen sv yzeyindeki

maksimum karaszlktan dolay gerekletii aklanmtr. Yksek voltajlarda

kresel bir damla oluur ve kritik noktada viskoz damlann yarkresel eklibozularak jet oluumundan nce koni eklini alr (ekil 4.6.). Koni ucundan taban

izgisi arasnda ~ 50 derecede yar dikey a vardr (ekil 4.7.). Elektriksel

kuvvetlerin etkisi altnda, viskoz akkann yzey kvrml deiir. Bu srada yzey

gerilimi elektriksel kuvvetlere kar koyan tek kuvvettir.

ekil 4.6: Taylor Konisi Oluumu ve Liflerin Dalm


37/161

24

Maksimum kararszlk halindeki kritik voltaj (Vc) deerinin denklemi, Taylor

tarafndan 1969da verilmitir [30].

).RT)*(.)*(.L/R)()*(/L(HVc 09031512ln4 222 = (4.2)

Burada;

H: elektrodlar aras mesafe (cm),

L: klcal borunun uzunluu (cm),

R: klcal borunun yar ap (cm) ve

T: yzey gerilimi (dyne/cm) dir.

Jet iindeki ak alan, jet ekseni boyunca uzunlamasna (extensional) bilekeye sahip

bir hz deiimi (gradient) gibi olacaktr. Uzunlamasna hz deiimi (ikinci tr

karaszlktan kaynaklanan benzer yklerin birbirini itmesi) ok ince lif oluumu ve

polimer zincirlerinin uzamasnda ok verimli olarak bilinir. Bunun yannda,

elektrostatik uzamaya sebep olan uygulanan voltajn artmasyla liflerin ap azalr

[30].

ekil 4.7: Taylor Konisinde Oluan Yar Konik As

Hendricks ve Schneider [22] iletken bir damlack iin yzey gerilimi ve elektrik

kuvvetin etkisindeki denge durumunu hesaplamtr. Kritik voltaj deeri iin bir

forml gelitirmilerdir. Elde edilen sonular Taylorun hesaplar ile rtmektedir.

TRV 20300= (4.3)

1966da Simons, elektro retim iin yeni bir sistem gelitirdi ve patentini ald. Bu

deneyde kullanlan iki elektrottan pozitif ykl olan zeltinin iine batrlrken


38/161

25

dieri de toplayc plakaya yaptrld. Lifleri reten sistem ve liflerin zerinde

topland plaka ekil 4.8de gsterilmitir. Bu yntemle ok hafif ve ince nonwoven

yaplar elde edilmitir. Kullanlan zeltiler ise, methyl ethyl ketone ierisinde

poliretan ve methylene chloride ierisinde polikarbonattr. Ulalan sonular ise

yledir; dk viskoziteli zeltiler daha ksa ve ince lifler retirken daha yksek

viskoziteye sahip zeltilerden daha srekli lifler elde edilmektedir [34].

ekil 4.8: Simons Deney Dzenei

1964te Doyleun [22] gzlemlerine gre; elektrik kuvveti belirli bir snr deere

ulat anda solvent moleklleri elektrikle ykl damlacktan buharlaarak uzaklar

ve damlack zerindeki yzey yk younluu artt iin damlac paralara

ayrmaya balar. Bu ayrma ykl damlacn ok sayda kk damlacklara

blnmesi eklinde vuku bulur.

1968de Erin ve arkadalar[22], aplar 90 ila 150 m arasnda deien uniform

yapdaki ykl sodyum nitrit paracklar elde ettiler.

1971de Baumgarten[34] elektro-retim yntemiyle akrilik polimerinden 0.05-1.1

m aplarnda, srekli bir ekilde, lifler reten bir cihaz gelitirmitir.

Dimetilformamid ierisinde zlm poliakrilonitril polimeri elektro-retime tabi

tutulmu ve zeltiye 5 20 kV arasnda gerilim uygulanmtr. Bu deneyde, lif

ap, zelti viskozitesi, jet uzunluu, debi ve ortam gaz arasndaki ilikiler


39/161

26

incelenmitir. Lif apnn zelti viskozitesiyle ve jet uzunluu ile doru orantl

olduu anlalmaktadr. Jet uzunluu ise, jetin olumaya balad yer olan damla ucu

ile kararsz dalgalanmann balad nokta arasndaki mesafe olarak tanmlanabilir.

Debinin lif apna etkisi kktr. Ortam gaznn etkisi ise nem oranna baldr.

Kuru havada damlack kurumaya meyilli iken nemli havada %12,5luk deriime

sahip zeltiden elde edilen lifler tamamen kurumaz ve toplama plakas zerinde

birbirlerine karrlar.

Helyum ortamnda deney yaplrsa ak balayamayacaktr. nk akn

balayabilmesi iin gerekli gerilim deerleri 2500 Volttan balamaktadr. Ayrca,

Baumgarten elektro retimdeki hzn 275-380 m/sn hzlarna ulatn ki bu hzlarn

havadaki ses hzna yakn deerler olduunu belirtmitir [22].1970lerin sonuna doru Baumgarten, PE ve PP eriyii ve parafin iinde PP

zeltisini kullanmtr. Bu gsteriyor ki elektrostatik retim yntemiyle damlacklar

yerine ince liflerde oluabilmektedir [24]. Baumgarten Dupontta alrken elektro

retim yntemiyle retilen akrilik liflerinin oluumunu yksek hzda fotoraflama

teknii ile grntleme ilemini (ekil 4.9) yapmtr [30,35].

ekil 4.9: Baumgarten Deney Dzenei


40/161

27

Baumgarten, elektro retim ileminde jetin apnn belli bir elektrik alan gcnde

minimuma ulatn ve elektrik alan gcnn artmasyla jet apnn da arttn

gstermitir. Bunun sebebi olarak ise klcal boru ucundaki polimer besleme orannn

elektrik alan gcnn artmasyla artt olarak ifade etmitir. Yani elektrik alan

gcnn artmas elektrostatik kuvvetleri artrr ve bu da daha kk apl lifler retir.

Ancak klcal boru iinden daha fazla malzeme ekilir ve bylece besleme oran

artm olur [36].

1977de Martin ve ekibi [30] elektro retim yoluyla organik polimerlerin lif an

elde ettiler. Bylece Martin ve ekibi fibrilli tlbenti icat etmi oldular. ki veya

boyutlu organik malzemelerin liflerinden oluan tbbi malzemelerde kullanlmak

zere elektro retim yntemiyle lif a oluturmulardr. Kullandklar organikmalzemeler PTFE sspansiyonu, poliretanlar, polivinilalkol, polivinilpirolidon ve

polietilenoksitdir. Sv zeltileri topraklanmrnga ucuna beslenerek elektrostatik

yntemle lif alar retmilerdir. Bu ilemde g kayna hareketli tayc kaylar

ile metal ine arasna uygun bir mesafede konulmutur. Burada kay sistemi iletken

deildir ve lifler bu kaylara toplanr. Potansiyel fark olarak 20 kV kullanlm ve

toplayc ile hareketli bant arasndaki mesafe 5-35 cm arasnda deimektedir (ekil

4.10). retilen a, sarg bezi olarak kullanlabiliyordu. retilen an ok ince ve

kk liflerden yaplm olmas pek ok avantaj salyordu. Mesela, a ok ince

boluklara sahipti ve yksek bir yzey alan oluturuyordu. Eer bu sarg slanabilir

bir polimerden yapld takdirde, yaradan dar kan kan ya da serum sargya nfuz

ederken kolayca phtlar ve ok saydaki ince yark sayesinde sargnn yzey

alannn da yksek olmas ile bu phtlama kolay bir ekilde gereklemiti. Bu

sarglar yara yzeyi ile atmosfer arasnda yeterli oksijen ve su buhar gei ini

salayacak derecede delikli yapya sahiptir. Ayrca, sarglarn altna veya stne

antiseptik ya da yaray iyiletirecek takviye malzeme yzeyleri konulabilir [22].


41/161

28

ekil 4.10: Martin Deney Dzenei [30]

1978de Simm ve ekibi elektro-retim ile elde ettikleri lifleri hava filtresinde

kullanmlardr. Tekstil makinalarnda liflerin kullanlmasyla elde edilen havlar bir

gaz aknda mevcut olan tozlarn filtrelenmesinde kullanlmtr. Filtrasyon

verimlilii ise lif apna ve gzenek oranna baldr. Filtrelemedeki bir dier nemli

husus ise liflerin sahip olduu elektriksel yklerin yine ykl toz paracklarn

ekebilme kabiliyetidir. nk ykl tozlarn yine ykl lifler zerine yapmas

beklenmektedir. Liflerin havlar yaplrken srtnme ile elektriklenmesi salanr. Bu

anlatlan sistemin daha yksek verimlilie sahip olmas istenirse; daha ince lifler

kullanlmal ve liflerin sahip olduu ykler daha stabil hale getirilmelidir. Klasik

retim metotlarnda genelde 1020 mikron aras lifler elde edilmektedir.Deneylerinde Simmin amac, elektrik yklerini kullanarak ok ince lifler elde edip

bunlar havlara yerletirmek idi. Hav olarak kullanlacak liflerin eldesi iin

deneylerde kullanlan u zeltiler; polistren-metilenklorit, polikarbonat-

metilenklorit ve poliakrilonitril-dimetilformamid olarak belirlenmitir. Elektro retim

ile retilen liflerin filtrasyonda hav olarak kullanlmasyla 0,5 mikron boyutlara sahip

paracklar filtre edilebilmitir [22,11]. Simmin deney dzenei de ekil 4.11de

gsterilmitir.


42/161

29

ekil 4.11: Simm Deney Dzenei [30]

1980de Fine ve Tora st ksm ak bir kabn iine polimer yerletirdiler ve elektro

retim ilemini ekil 4.12deki gibi gerekletirip patentini almlardr.

ekil 4.12: Fine ve Torann Deney Dzenei [22]

Yaplm olan bir baka almada, termoplastik elastomerik poliretan polimeri

uucu bir zcnn (tetrahidrofuran) iinde zlerek bir kabn iine beslenmi ve

merkezka kuvveti sayesinde kabn kenarlarna doru yaylmtr. Kaba elektrik

gerilimi uygulandnda zelti yzeyinde bir elektrik alan oluur ve kabn

kenarlarndaki polimer ksmlarndan jetler olumaya balar. Kabn zerinde ki bant

ise belirli bir hzda ilerlemektedir. Bandn alminyum bir film ile kaplanm

olmasnn yannda polimere etki eden merkezka ve elektrik kuvvetleri sayesinde

jetler halinde banda yapan lifler elde edilmitir [22, 30].

1981de Lorrand ve Manley [37-39], poletilen ve polipropilen gibi abuk

kristalleebilen termoplastik polimerlerin elektrik alan kuvvetleri altnda ekimi ile

bu polimerlerin srekli lif eldesi zerine almlardr. Bu retim deneyinde


43/161

30

kullanlan malzemeler ise MFI deeri 2 olan polietilen ve MFI deeri 0,5 olan

polipropilendir. ou denemelerde polimerler eriyik halinde kullanlm fakat

polietilen bazen parafinde zlerek zelti halinde kullanlmtr [37-39].

ekil 4.13: Lorrando ve Manley Deney Dzenei

ekil 4.13de termoplastik polimerlerden lif retim sisteminin dzenei

grlmektedir. ekildeki ksmlar;

1. Dikey silindirik hazne,

2. Silindirik haznenin elikten yaplm duvarlar,

3. Duvarn etraf iyi bir s iletkenlii iin alminyum ile sarlm,

4. Elektrikli stc,

5. Elektrikli stc etrafnda sarl asbestos ceket,

6. Haznenin iinde scakl lmek ve kontrol etmek amal termokuple,

7. Haznenin alt ucu,

8. karlabilir paslanmaz elik dze,

9. Dze ucu,


44/161

31

10.Aparatn altnn sca yaltlmas iin asbestos kaplama,

11.Eriyie basn salamak iin gereken piston,

12.Hava silindiri,

13.Metal plaka,

14.Polimer ak delii (aperture),

15.Elektrik iletmeyen kol,

16.Mesafe ayar iin dikey olarak ayarlanan dnen mil.

Elektrik balantlar dze ile metal plaka arasna yaplmtr. Bu deneyde DC g

kayna kullanlmtr. Uygulanan voltaj asl duran svnn stesinden gelerek eriyik

polimerinden jet elde etmek iin yeterince fazladr (10-23kV) maksimum voltaj ksa

mesafede elektriksel yk boalmasna neden olacandan snrlandrlmtr. Aradaki

mesafe 1-3 cm arasnda deimektedir. Pratikte uygulana gerilimler 3-8 kV

arasndadr [37-39].

lem de hazne polimer ile doldurulup yeterli scakla karlmtr. Denge

salandnda piston hareket ederek dzenin ucunda yarm kre eklinde durmas

gereken sv iin basn uygulanmaktadr. Bu srada dze ucu ile metal plaka arasna

yeterli potansiyel uygulanr. Potansiyelin kademeli olarak ykseltilmesiyle damla

deformasyona urayarak koni eklini almaya balar ve elektrik alan ynnde uzar.

Kritik voltaj deerine ulatnda, statik denge bozularak polimer eriyii koni

ucundan ince bir jet halinde ekilmeye balar. Dzenin kndan ksa bir mesafe de

polimerin kristallemesi olur ve srekli lif oluur. Lif delikten geerek dnen bir

bobine sarlr [37-39].

Tablo 4.1: Polimer Scakllar ve Dze aplarPolimer Scaklk Dze apParafinde polietilen 100C 1 mmPolietilen 200-220C 2,2 mmPolipropilen 220-240C 2,2 mm

Bu yntemle elde edilen liflerin yaps ekimsiz ya da az oryantasyonlu poliolefin

liflerinin yapsna benzer, yani klasik retim metotlaryla retilen liflerle ayn

zellikler salanm olur. Manley almalarnda gerilimin lif apna etkisini de

gstermitir. Hem polietilen hem de polipropilen lifleri incelendiinde elektrik alann


45/161

32

artmasyla lif apnn azald gzlemlenmitir. 220Cde sarmsz retilen liflerin

aplar 200Cdekilere nazaran daha kktr. retimde mekanik sarmn

kullanld ilemlerde elde edilen liflerin aplar da sarmszlara gre daha kktr.

rnga ucundaki deliin apnn etkisi ise bu ilemde nemsenmeyecek derecede

azdr. Lif ap genel anlamda uygulanan elektrik alana, ortam scaklna ve eriyiin

viskozitesine baldr. Lif zellikleri X-n difraksiyonu ve mekanik testlerle

karakterize edilmitir. retilen liflerin X-n dzenleri gstermitir ki, uygulanan

elektrik alan ve sarm hz arttrld takdirde lif iindeki halkal yaplar ksmi bir

ekimle yay yaplarna dnmtr. Bylece, hafif de olsa lif eksenine gre bir

oryantasyon salanm ve balang modlnn altnda deerler elde edilmitir [30].

1982 de Bornat [30], bir silindir zerine taklp sklebilir bir tabaka sarmtr ve bumekanizmay elektro retimde kullanmtr. ekil 4.14de bu sistem gsterilmitir.

Bu sistemde de ana sreler ncekilerle ayndr. Bornat, bu ilemde poliretann

kullanlmasyla elde edilen tp yaplarnn suni kan damar ve idrar kanal olarak

kullanlabileceini iddia etmitir. Elektro retim ynteminin kullanlarak suni

vaskler doku nakli yaplarnn elde edildii baka patentler de vardr.

ekil 4.14: Bornat Deney Dzenei [30]

Bornatn deneylerinde kulland malzemeler biyolojik bakmdan kabul edilebilir

polimer maddeleridir. Bunlar; poliretanlar, politetrafloretilen, termoplastik olan

polimerlerden poliamidler, poliakrilonitril, suda znebilen polimerlerden

polivinilalkol, polivivilprolidon ve polietilenoksittir [30]. Ayrca Bornat 1982 ve

1987 yllarnda birer patent almtr [30].


46/161

33

1985 ylnda How poliretandan sentetik damar retimi iin bir proses tanmlam ve

patentini almtr [30]. Sistemin alma prensibi (ekil 4.15) nceki almalara

benzemektedir. Dier sistemlerden ayrlan zellii, toplayc silindir zerine negatif

12 kV lk bir potansiyel uygulanarak 2000 ila 20000 rpm dn hzyla dnmesidir.

Bu damarn tek ynde kuvvet tama zelliini (anizotropi) kazandrmaktadr.

ekil 4.15: How Deney Dzenei [30]

1990l yllarn ortalarna doru Reneker ve grubunun [23,25,27] elektro retim

ilemi zerine almaya balamasyla bir ok aratrmac da bu konu zerineyounlat. Bu tarihten sonra yaynlanan makaleler ve tezler giderek artt ve bu

konuyla ilgili Sci-Finder aratrma veri tabannda 2004 Hazirana kadar yaynlanan

yaynlarn saysn ve yllarn veren grafik Kataphinan [20] tarafndan hazrlanm

ve ekil 4.16da gsterilmitir.


47/161

34

Elektrospinning Yllara Yayn Says grafii

0

50

100

150

200

250

300

1934

1938

1956

1971

1976

1977

1978

1980

1981

1982

1984

1986

1987

1989

1990

1991

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

Hazira

n

Yl

YaynS

a

ys

ekil 4.16: Elektro retim lemi Hakknda Dnyada Yaplan Bilimsel Yaynlarn

Yllara Gre Deiimi [20]


48/161

35

5. ELEKTRO RETM YNTEMLE NANOLF RETM

5.1 Elektro retim Yntemi

Polimer esasl nanoliflerin retimi iin en etkin yntem electrospinning (elektro

retim) yntemidir. Elektro retim, akkanlar dinamii, polimer kimyas, temel

fizik, elektrik fizii, makine ve tekstil mhendislii disiplinlerini barndran multi

disipliner bir yntemdir. Elektro retim yntemi iin gerekli deney dzenei (ekil

5.1) temel olarak nemli ana paradan olumaktadr.

ekil 5.1: Basit bir elektro retim dzenei

1. Yksek voltaj g kayna,

2. Besleme nitesi (rnga, metal ine v.b.),

3. Toplayc (iletken plaka, dner silindir v.b.).

Bu teknikte, polimer uygun bir zcde zlr veya s ile eritilir, ucunda kk

bir delik bulunan cam bir pipetin veya rngann iine yerletirilir. Daha sonra

polimer zeltisi/eriyii ile pipetin ak ucunun karsndaki bir toplayc levha


49/161

36

arasna 50 kVa kadar gerilim uygulanr. Besleyici nitedeki inenin ucunda asl

durumda duran polimer damlas kritik bir voltaj deerine kadar, yzey geriliminin

uygulad kuvvetlerden dolay, kresel bir biimde bulunur. Uygulanan potansiyel

fark bir eik deerine ulat anda, elektrostatik kuvvetler yzey gerilimi

kuvvetlerine eitlenir. Bu noktada polimer damlas ekil deitirerek koni biimini

alr. Bu koniye Taylor konisi denir. ekil 5.2de polimer damlasnn artan voltaj

etkisiyle yar kresel damladan (a), Taylor konisine geii (b,c), Taylor konisindeki

ekli (d) ve Taylor konisinden bir jet halinde k verilmitir. Taylorn [40] koni

zerine yapt almada bulduu kritik voltaj deerindeki yar koni as 49.3dir.

ekil 5.2: Klcal Boru Ucundaki Damlann lerleyerek Artan Voltaj EtkisiyleTaylor Konisi ve Jet Oluumu (a) 110 (b) 107 (c) 104 (d) 100[37-39]

Polimer damlas Taylor konisi halini aldktan sonra voltajdaki ok kk bir artla

birlikte koni ucundan bir jet fkrr (e). Jet toplayc levha ile metal ine ucu arasnda

ilerlerken farkl yollar izler. Yklenen jet Taylor konisinden ktktan sonra belli bir

mesafede kararl bir ekilde hareket eder. Daha sonra jette kararszlk hali belirir.

Kullanlan polimerin zeltisi veya eriyiinin zelliine ve sistem deikenlerine

bal olarak deiebilen kararszlk hali mevcuttur. Jet bu kararszlk hallerinden

sadece birini gsterebilecei gibi kararszlk halini de gsterebilir [41]. Bu

kararszlk halleri; (i) klasik Rayleigh karaszl, (ii) Eksenel simetrik elektrik alan


50/161

37

akmlanmas, (iii) Whipping karaszl olarak Shin [41] ve arkadalar tarafndan

aklanm ve matematiksel olarak modellenmitir.

Elektro retim ileminde en ok grnen kararszlk hali whippingdir. Whipping

oluumunun nedeni, jet yzeyindeki yklerin karlkl olarak birbirlerini itmesi ilemeydana gelen ve yklerin bir arada olamamalarndan dolay jette merkezden radyal

bir ekilde tork olumasdr. Jet toplayc plakaya yaklatnda ise ana jetten ayrlan

kk jetler meydana gelir. Bu kk jetlerin olumasnn nedeni ise radyal yklerin

birbirini itmesi sonucu ana jetten ayrlmas olarak izah edilmitir [42]. Jet yeterince

inceldiinde ve viskoelastik kuvvetler yeterince snmlendiinde yeni whipping

karaszlklar oluur. Bu karaszlk haline ikinci whipping karaszl denir. Bu olay

ekil 5.3de gsterilmitir.

ekil 5.3: Elektro retimde Whipping Kararszl ve Taylor Konisi

Elektrik alan iinde yklenmi polimer sv jetinin modellenmesi aadaki

blmlerde detayl bir ekilde anlatlmaktadr [22,25].


51/161

38

Elektro retim ilemini ilgilendiren iki kuvvet dengesi mevcuttur. lki prosesin

srdrlmesi iin gerekli olan kuvvet sistemi, ikincisi ise ilemin nnde engel tekil

eden kuvvet sistemidir. lk kuvvet sistemi, damlann kararlln bozarak damlann

deformasyona urayp, damladan ince bir jet olumasna yardm eder. kinci kuvvet

sistemi ise svnn uzayp akmasna engel olarak damlay sabitleme eilimine

srkler.

ekil 5.4de polimer svsnn elektrik alan iinde modellemesi grnmektedir.

Polimer svsnn lineer bir paras A ve B boncuklarnn dizilimi ile

gsterilmektedir. Her paracn (boncuk) bir e elektrik yk bir m ktlesi

mevcuttur. Bu parack iki paralel plaka arasnda Volk bir potansiyel fark olacak

ekilde tutulmaktadr. Elektrik alan etkisi altnda B paracna be farkl kuvvet etkietmektedir;

ekil 5.4: Elektrik Alan inde Yklenmi Polimer Sv Jetinin Modellenmesi


52/161

39

1. D elektrik alan iindeki elektrik kuvveti: Bu kuvvet plakadan gelen

yklerden etkilenen her bir boncua etki eden kuvvettir. Polimer jeti

toplaycya doru F=e*E=(e*Vo/h) kuvveti ile hareket ettirilir. Burada; h

damla ile toplayc arasndaki mesafedir. Elektro retim ilemini srdren de

bu kuvvettir.

2. A paracndan gelen Coulomb itme kuvveti (Fc): Bu kuvvet A

paracndan B ye etki eden Coulomb itme kuvvetidir. Deeri ise

Fc=e/ldir. Burada; l iki parack arasndaki mesafedir. Bu kuvvet

paracklarn birbirini itmesini salayarak jetin uzamasn salar ve elektro

retim ilemindeki dier ana kuvvettir.

3. Yzey gerilimi kuvveti (Fcap): Bu kuvvet damlay ve jeti sabitlemek isteyen

kuvvet olup jetin uzamasn engeller ve yzey geriliminden gelen toplam

kuvvet Fcap=a dr. ise yzey gerilimidir.

4. Viskoelastik kuvvet (Fve): Bu kuvvet polimer jetinin uzamasna ve akmasna

engel olur. Gerilme kuvveti, B paracnn A paracna doru

G

ldt

dlG

dt

d= iter. Burada; t zaman, G elastiklik modl, de polimerin

viskozitesidir.

Sonuta B ye etki eden net kuvvet Fve =a dir. Burada; a jetin yarapdr.

5. Yerekimi kuvveti (Fg): birim uzunlua den yerekimi kuvveti

Fg=gadir. Burada; svnn younluu, g ise yerekimi ivmesidir.

Sonuta B paracna etki eden toplam kuvvet;

Ft=Fo+Fc+Fve+Fcap+Fg= -m (dl/dt) (5.1)

Gemite whipping olay, ou aratrmac tarafndan gzlemlenemediinden dolay

jetlerin paralanarak toplaycya doru ilerleyip bylelikle nanoliflerin olutuunu

ifade edilmitir. Esasnda whipping olay ok hzl gerekletii iin yksek hzl

fotoraflama teknii olmakszn gzlemlenemez. ekil 5.5de ayn olayn hem 25 fps

(frame per second: saniyede ekilen resim says) hem de 4000 fpsde ekilmi

fotoraflar gsterilmi olup, fark aka ortaya kmtr [43].


53/161

40

ekil 5.5: a) 25 fpsdaki Whipping Olaynn Fotoraf b) 4000 fpsda WhippingOlaynn Fotoraf [43]

Dzeden kan jet birinci ve ikinci whipping karaszlk blgelerinden sonra lifler

toplayc plaka zerine rasgele bir ekilde nonwoven olarak toplanrlar. Toplayc

levhada oluan ams yzeyde aplar 3 nmden 1 mikronun zerindeki deerlere

kadar deien lifler bulunabilmektedir. Reneker [44] tarafndan retilmesi baarlan 3

nm apl liflerin kesitinde yalnzca 40 molekl bulunduu gzlenmitir. Bu saynn

yars zaten lifin d eperini oluturmaktadr [44]. Elektro retim prosesi ile elde

edilmi lifler elektrostatik olarak yklenmi olabilirler veya yk retebilirler [3].

Nanolifin azalan ap, zgl yzey alan dorultusunda byk artlara neden

olmutur. Hatta 1 gram polimerden 600 m alan oluturmak mmkn hale gelmitir.

Konvansiyonel sistemlerle retilen rnlerde ise 1 m/g civarndadr. ekil 5.6da

nanoliflerle konvensiyonel yollarla yaplan rnlerin ap-yzey alan ilikileri

verilmitir [44].

ekil 5.6: Lif apnn Yzey Alana Etkisi


54/161

41

Toplayc levhaya toplanan nanoliflerin karakterizasyonlar ve morfolojileri taramal

elektron mikroskobu (SEM) kullanlarak incelenmektedir. Elektro retim

ynteminde kullanlan polimerlerin ayrntl listesi Ek Ada Tablo A.1 ve Tablo A.2

olarak verilmitir. Baz SEM grntleri Tablo 5.1de ortalama aplar ile verilmitir.

Tablo 5.1: Baz Polimerlerden Oluan Nanoliflerin SEM Grntleri

Polimer Ad ve Ortalama

ap (nm)

Sem Grnts

Polibenzimidazol-250

[45]

Kitin-165 [46]

Polipropilen 2500-3500

[47]


55/161

42

Tablo 5.1: Baz Polimerlerden Oluan Nanoliflerin SEM Grntleri (Devam)

Polivinilalkol-400 [125]

Poliakrilonitril-gm

paracklar [36]


56/161

43

6. ELEKTRO RETM YNTEMNDE KULLANILAN DZENEKLER

Elektro retim yntemiyle lif oluturma metodunda, farkl kombinasyonlar ve

konfigrasyonlar ieren deiik dzenekler, istenilen sonulara bal olarak

kullanlabilmektedir. Bu modifikasyonlarn ierisinde besleme nitesinden,

uygulanan voltajn doru akm m yoksa alternatif akm m olduu ve toplayc

nitenin deimesine kadar birok farkl dzenekler gelitirilmitir. retimsisteminin endstriyel baar salamas, retilen liflerin belli bir oryantasyon ve d

etkilere kar dayankl olmasna ve istenilen farkl amalar iin gelitirilmi

dzeneklere baldr. Bu blm kapsamnda 1990l yllardan sonra kullanlan

dzenek modifikasyonlar ele alnacaktr.

6.1 Besleme nitesindeki Modifikasyonlar

He [48] ve arkadalarnn gelitirmi olduklar elektro retim dzeneinde beslemenitesi ierisindeki polimer zeltisine titreim uygulanarak polimer zeltisinin

veya eriyiinin viskozitesi dramatik bir ekilde drlmtr. Byleye dze

ucundan jetin k iin gerekli olan voltaj deeri de drlmtr. ekil 6.1den de

grlecei zere bir dze yerine bir ok dze kullanlmtr. Bu da retim hzn

arttrmaktadr [6]. Burada titreim teknolojisinin ana avantajlar viskozitenin d

ve frekansa bal olarak kontrol edilebilir jet uzunluudur.

ekil 6.1: Titreimli Besleme nitesi Olan Elektro retim Deney Dzenei [48]


57/161

44

Sun ve arkadalarnn [49] z-kabuk polimer nanolif yapmak iin gelitirmi

olduklar polimer zeltisi besleme nitesi ekil 6.2de gsterilmitir.

ekil 6.2: z-kabuk Polimer Nanolifi retimi in Gelitirilen Besleme nitesi [49]

ekil 6.2deki besleme nitesinde z ve kabuk polimerleri ayn olabilecei gibi farkl

konsantrasyon ve farkl tipte polimerlerde olabilmektedir. Sun ve arkadalarpolietilen oksit polimeri ile alm olup, konsantrasyonlar farkl PEO

kullanmlardr. z polimeri PDT, kabuk polimeride PEO olan lifler de yapmlar ve

zn ap 150nm olurken kabuk 1000nm civarlarnda olmutur. retmi olduklar

z PSU, kabuu PEO olan lifin ekli ekil 6.3de verilmitir.

ekil 6.3: z-kabuk Polimer Lifinin SEMde ekilmi Grnts.

Yine Sun ve arkadalarnn ii bo nanolif yapmak iin gelitirdikleri besleme nitesiyukarda bahsedilen niteye benzemekle birlikte ematik grn ekil 6.4de


58/161

45

verilmitir. Bu dzenei baka aratrmaclar da kendi polimerlerini ileyerek

kullanmlardr [50-53].

ekil 6.4: A) i Bo Nanolif Yapmak in Gelitirilen Dzenek ve Besleme nitesiB-C) Bu Dzenekten Yaplan i Bo Nanoliflerin SEM Grntleri [54]

Ding ve arkadalarnn [55] biyolojik olarak bozunabilen nanofibrilli yapda

nonwoven tlbent yapmak iin gelitirdikleri, birden fazla jetin oluabilecei oklu

rnga sistemi, bir baka farkl besleme nitesini gstermektedir (ekil 6.5). Ayn

zamanda Tsai de [56] buna benzer bir dzenek kullanmtr.

ekil 6.5: Ding ve Arkadalar [55] Tarafndan Gelitirilen oklu Besleme niteliElektro retim Dzenei

Bir baka farkl besleme nitesi ise eriyikten elektrospinning yapmak iin var olan

ekstruder sistemini kullanmak ve dzeden kan eriyik polimeri yksek voltaj


59/161

46

etkisinde incelterek nanolif yapmaktr. Lyons 2004te yaynlad makalesinde [47]

ve tezinde [57] bu dzeneini ekil 6.6daki gibi gstermitir.

ekil 6.6: Eriyikten Elektro retim Dzenei ve Ekstrder Besleme nitesi [47]

Lyons tezinde genel kabul grm olann tersine katot ucu toplaycya ve anot ksm

yada topra ekstruder dzesine balamtr [47,57].

Elektro retim ileminin retim kapasitesini arttrmak iin bir ok aratrmac eitli

yollar izlemitir. Bunlardan birisi olan Theron [58] ve arkadalar, gelitirmi

olduklar dzenekte, birden fazla besleme nitesinin ayn hizada veya bir dzlem

ierisine farkl ekillerde olmas ile besleme nitelerini yerletirmilerdir (ekil 6.7).Burada Theronun amac sadece retim kapasitesini arttrmak deil ayn zamanda

jetlerin birbiri ile etkileimlerini de izlemek olmutur. Jetlerin birbirini elektriksel

itme kuvvetleriyle itmesinden dolay d jetler sapma eilimi gsterirler. jetlerde

ise, d jetlerin itme kuvvetlerinden dolay merkeze doru bir ekilme eilimi olur.

Bu da i jetlerin eilme kararszlklaryla beraber daha kk koniler oluturacak

ekilde toplaycya gitmesine yardmc olur.


60/161

47

ekil 6.7: Theronun oklu Jet Dzenekleri i) Dzlem Matrise Yerletirilmi 9 AdetDze Matrisleri ii) Bir Hiza Halinde 9 Adet Dze.

Elektro retim ynteminde kullanlan ilgin bir besleme nitesi ise Yarin ve

Zussmann [59] gelitirdikleri dzesiz elektro retim sistemidir (ekil 6.8). Bu

sistemde bir kap iinde iki farkl tabaka oluturulmutur. lk tabaka ferromanyetik

sspansiyondur ve ikinci tabaka ise birinci tabaka stne konulmu polimer

zeltisinden olumaktadr. Bu iki tabaka mknatslanmaya maruz brakldnda

polimer zeltisinde damlacklar oluturulmakta ve yksek voltaj uygulandnda

birok jet aadan, yukarda bulunan toplaycya doru hareket ederek, ayn

zamanda zcnn de buharlamasyla toplaycda nanoliflerden oluan bir tlbent

meydana gelir.


61/161

48

ekil 6.8: Yarin ve Zussmann Deney Dzeneklerinde Kullandklar Elektro retimBesleme Sistemi

ekil 6.8de;

a) Manyetik sv tabakas,

b) Polimer zeltisi tabakas,

c) Polimerin serbest yzeyinden H kadar mesafede bulunan toplayc elektrod,

d) Manyetik svya yerletirilen elektrod,

e) Yksek voltaj g kayna,

f) Gl srekli mknats veya elektromknats.

Martinova [60] ve ekibinin yapm olduu bir dzenekte ise zelti banyosuna

batrlan bir silindirin dnmesiyle silindirin en st blgesinde oluan damlalara

potansiyel fark uygulanm, st blgede bulunan toplaycya jetler hareket etmitir.

st taraftaki toplaycnn bir bant vastasyla hareket ettirilmesiyle nanoliflerdenmeydana gelen nonwoven tlbent olumutur (ekil 6.9).


62/161

49

.

ekil 6.9: Martinova ve Ekibinin Elektro retim Dzenei ve Besleme nitesi [60].

ekil 6.9da elektro retim dzeneini aadaki gibi aklanmtr.

1) Metal elektrod silindir,

2) Polimer zeltisi,

3) Rezervuar,

4) Tekstil tabakas

5) Lif oluum yn,

6) Topraklama,

7) Hava emii.

6.2 Elektro retim leminde Besleyici ile Toplayc Arasndaki

Modifikasyonlar

Elektro retim ileminde besleyici ile toplayc arasnda yaplan modifikasyonlargenellikle elektrik alan gcn arttrmak, oluan karaszlk hallerini en aza

indirgemek ve liflerin toplaycya istenilen ekilde toplanmasn salamak amacyla

yaplmtr. Bu modifikasyonlar iinde, hava yerine vakum ve yardmc elektrodlar

rnek olarak verilebilir. Bu balk kapsamnda literatrde kullanlan sistemler ele

alnacaktr.

lk olarak Bo

Elektrospinning ile nanolif

Documents

Transcript of Elektrospinning ile nanolif