Transcript Elektrospinning ( Elektro Çekim) Yöntemi

TEKSTİLDE NANOLİFLER, KULLANIM
ALANLARI VE NANOLİF ÜRETİM
YÖNTEMLERİ
Arş. Gör. Şerife ŞAFAK
Uludağ Üniversitesi,
Tekstil Mühendisliği Bölümü
Ekim 2012
İÇERİK
NANO BOYUT &NANOTEKNOLOJİ
 TEKSTİL & NANOTEKNOLOJİ
TEKSTİLDE LİF & NANOLİF
NANOLİF ÜRETİM TEKNİKLERİ
NANOLİF KULLANIM ALANLARI
NANO BOYUT?
Nano, Yunanca “cüce” demektir.
Nano , herhangi bir ölçünün milyarda birini gösterir .
3
NANO METRE BOYUTUNU ANLATAN
ÖRNEKLER
4
NANOTEKNOLOJİ
1960 Richard Feynman
“There is Plenty of Room at the Bottom”
1980
• Tarama Tünelleme Mikroskobu (Scanning Tunneling Microscope)
• Fullerenler (Buckyballs)
• Karbon Nanotüpler
TEKSTİL VE NANOTEKNOLOJİ
•
•
•
•
•
•
•
•
Buruşmazlık,
Anti Statiklik,
Su Geçirmezlik,
Leke Tutmazlık
UV Koruyuculuk,
Antimikrobiyallik,
Daha İyi Boyanabilirlik,
Yanmazlık Veya Güç Tutuşurluk
6
TEKSTİL VE NANOTEKNOLOJİ
•
•
•
•
•
•
Aloe Veralı Çarşaflar,
Böceksavar Gömlekler,
Masaj Yapan Ayakkabılar,
Selülit Kremi Yerine Geçen Çoraplar,
Baş Ağrısı İçin Ağrı Kesici Görevi Gören Bereler
Ter Kokusunu Önleyen Ve Etrafa Parfüm Kokusu Yayan Gömlekler,
Çoraplar.
7
TEKSTİL VE NANOTEKNOLOJİ
• Işık, Basınç, Kimyasal Gibi Çeşitli Dış Etkilerdeki Değişmelerle
Renk Değiştiren Ürünler
• Nabız, Sıcaklık, Tansiyon Gibi Vücut Fonksiyonlarındaki
Değişmeleri Belirleyip Kullanıcıyı Uyarmak
• Bilgisayar, Yol Bilgisayarı, Müzikçalar, Cep Telefonu, İnternet
Bağlantı Elemanı Gibi İşlevlere Sahip Olan
• Vücut İşlevlerimizi Kontrol Edebilen, Gerektiğinde İlaç Veren
8
TEKSTİL VE NANOTEKNOLOJİ
Tekstil Endüstrisindeki Nanoteknoloji Uygulamaları;
• Nano boyutta lif üretimi ile nano ağ dokudan oluşan
yüzeylerin elde edilmesi
&
•
Tekstil terbiye işlemlerinde nano boyutta partiküller
kullanılarak yüzeylere fonksiyonel özellikler kazandırılması
Tekstilde Lif & Nanolif
Lif; belirli uzunluk, incelik ve mukavemete sahip yumuşak,
sarılmaya, eğrilmeye ve bükülmeye uygun tekstilin en küçük
hammaddesi….
TEKSTİLDE LİF & NANOLİF
Bitkisel Esaslı
Lifler
Doğal
Lifler
Hayvansal Esaslı
Lifler
Madensel Esaslı
Lifler
Tekstil Lifleri
Rejenere Lifler
Yapay
Lifler
Sentetik Lifler
TEKSTİLDE LİF & NANOLİF
İncelik
Birim Ağırlığın Uzunluğu
Nm (m/gr)
Birim uzunluğun ağırlığı;
tex 1000 m’nin gr ağırlığı
dtex, 10000 m’nin gr ağırlığı
denye 9000m’nin gr ağırlığı
TEKSTİLDE LİF & NANOLİF
• Tekstilde kullanılabilen en ince doğal lif ipek(1-4 dtex)
• Yapay liflerde incelik üretim yöntemine göre farklı
olacağından, lif inceliğinin minimum değeri 0.1-10 dtex
arasındadır. Bu lifler mikrolif olarak adlandırılır.
Tekstilde Lif & Nanolif
Nanolif ; “çapı bir mikron ve altındaki lifler”
Tekstilde Lif & Nanolif
TEKSTİLDE LİF & NANOLİF
NANOLİF
NANOLİF
MİKROLİF
SAÇ TELİ
TEKSTİLDE LİF & NANOLİF
• Nanolif üretiminde lif çapı 1,6-500 nm arasında lif üretimi
yapılabilmektedir.
• Endüstriyel uygulamada kullanılan nanoliflerin çapları ise
genellikle 50-300 nanometre arasındadır.
NANOLİFLERİN AVANTAJLARI
Çapları 1,6-500 nm aralığında değişen nano liflerin
üretimi sonucu elde edilen yüzeyler, sahip oldukları yüksek
özgül yüzey alanı ağ dokuda yer alan nano boyuttaki
gözenekler
sayesinde çok değişik ve geniş uygulama
alanlarında kullanılmaktadır.
NANOLİF ÜRETİM TEKNİKLERİ
• Çekim (Drawing),
• Şablon Sentezi (Template Synthesis),
• Faz Ayırma (Phase Separation),
• Kendiliğinden Düzenlenme (Self Assembly)
• Elektro Çekim (Electrospinning)
• Meltblown
• Bikomponent Lif Üretimi
ÇEKİM (DRAWİNG)
Çekim;
kimyasal
lif
üretim metotlarından biri olan
kuru
çekim
yönteminin
moleküler düzeyde uygulaması
olarak tanımlanabilir.
Çekim yöntemiyle 2-100
nm lif çapına sahip nanoliflerin
üretimi yapılabilmektedir.
ŞABLON SENTEZİ ( TEMPLATE
SYNTHESİS)
Bir şablon veya kalıp yardımıyla nanolifler elde edilir. Şablon
sentezinde üretilen nanoliflerin çapı 3-15 nm aralığında yer
alabilmektedir.
FAZ AYIRMA ( PHASE SEPARATİON)
Temel prensip fiziksel uyumsuzluğa bağlı olarak fazların
ayrışmasıdır. Faz ayırma tekniği; polimerin çözülmesi, jelleşme
çözücünün ayrılması, dondurma ve soğuk kurutma olmak üzere be
adımdan oluşan bir işlem sırasına sahiptir.Bu yöntemle 50-500 nm
lif çapı aralığında nanolif üretimi yapılabilmektedir.
KENDİLİĞİNDEN DÜZENLENME (SELF
ASSMEBLY)
Küçük moleküllerden basit blokların kurulmasıyla nanoboyutta
liflerin oluşturulmasını ifade etmektedir kendiliğinden
düzenleme tekniğinde üretilebilen lif çapları 7-100 nm
aralığında değişmektedir
Meltblown Yöntemi (Geliştirilmiş)
Klasik Meltblown Yönteminde; elde edilen liflerin çapları 2 -5
μm arasında olup, büyük miktarlarda küçük çaplı lif üretimi için
ve nonwoven kumaş üretmek için kullanılan bir yöntemdir.
Nanolif üretimi için, düzelerin yer aldığı plakanın yapısı ve
toplama sistemi özel olarak yeniden tasarlanmıştır. Düzelerin
çaplarının küçültülmesi ve sayılarının arttırılmasıyla geliştirilen
yeni düze plakasının yapısı sayesinde nano boyutta lif üretimi
yapılmaktadır.
MELTBLOWN YÖNTEMİ
(GELİŞTİRİLMİŞ)
• Bu yöntemle nanolif eldesi elektro lif çekim yöntemine göre
15000 kat daha fazla olabilmektedir.
• geliştirilmiş yöntemdeki üretim, klasik meltblown tekniğinde
üretilen lif tülbentinin üretim miktarına eşittir
• Birçok değişik polimerin harmanlanarak kullanımının mümkün
olması ise bu yöntemin bir diğer avantajıdır.
Bikomponent Lif Üretim Yöntemi
(Geliştirilmiş)
Birden fazla farklı fiziksel ve kimyasal özellikteki polimerin aynı
düzeden geçerek oluşturduğu lif yapısı, bikomponent lif olarak
tanımlanır.
Bu yöntem günümüzde ticari olarak mevcut olup, bir pilot tesiste
bir elyaf içinde çok sayıda (örneğin 1200 adet) lif içerecek
şekilde üretim yapılmış olup, 4000 adet elyaf potansiyelinin
olduğu belirtilmektedir. Aynı teknikle lif, içi boş tüp olarak
üretilebilmektedir.
Elektrospinning ( Elektro Çekim) Yöntemi
Bu yöntemde polimer çözeltisi veya polimer eriyiğinin elektriksel
olarak yüklenmesiyle oluşan jetten nanolif elde edilmektedir .
Elektrospinning ( Elektro Çekim) Yöntemi
Taylor konisi
Whipping
Elektrospinning ( Elektro Çekim) Yöntemi
Pipet/şırınga ucundan çıkan polimer jeti, toplayıcı plaka
üzerinde rastgele liflerden oluşan bir ağ doku olarak toplanır.
Ağ dokuda çapları 3 nm’den 1 mikronun üzerindeki değerlere
kadar değişen lifler bulunabilmektedir.
ELEKTROSPİNNİNG ( ELEKTRO ÇEKİM)
YÖNTEMİ
Yapılan araştırma ve gelişmelerle elektrospinnig yöntemiyle
araştırmacılar Nylon 4,6 polimerinden 1.6 nm çaplarında nanolif
üretimini gerçekleştirmiştir
ELEKTROSPİNNİNG ( ELEKTRO ÇEKİM)
YÖNTEMİ
Avantajlar
•
•
•
•
Üretim maliyetleri avantajlı ,
Düzeneğinin basit olması,
Proses parametrelerinde rahatlıkla değişiklik yapılabilmesi
Kullanılabilecek polimerler diğer yöntemlere göre daha geniş
bir çeşitlilik göstermesi..
Elektrospinning ( Elektro Çekim) Yöntemi
ÇÖZELTİ ÖZELLİKLERİ
Viskozite,
Polimer Konsantrasyonu,
İletkenlik,
Yüzey Gerilimi,
Polimerin Moleküler Ağırlığı,
Çözücülerin Uçuculuğu
ORTAM PARAMETRELERİ
Sıcaklık,
Basınç
Rutubet
PROSES PARAMETRELERİ
Uygulanan Gerilim Değeri,
Akış Oranı,
Şırınga/Pipet Ucu İle Toplayıcı Arasındaki Mesafe,
Şırınga/ Pipet Ağzının Tasarımı Ve Yerleşimi,
Toplayıcı Tipi Ve Geometrisi
Elektrospinning ( Elektro Çekim) Yöntemi
Şırınga/ pipet ağzının farklı
tasarımlarıyla co-axial olarak
adlandırılan eş merkezli nanolif
veya içi boş (hollow) nanolif
eldesi mümkündür .
Elektrospinning ( Elektro Çekim) Yöntemi
Elektrospinning ( Elektro Çekim) Yöntemi
• Aynı şekilde sistemde yer alan toplayıcı, farklı
biçimlerde ve özelliklerde olabilir
Elektrospinning Yöntemi
Elektrospinning ( Elektro Çekim) Yöntemi
İplik Oluşturan Toplayıcılar
• Sıvı Banyolu sistem
Elektrospinning ( Elektro Çekim) Yöntemi
Sıvı Banyolu Sistem
Elektrospinning ( Elektro Çekim) Yöntemi
İplik Oluşturan Toplayıcılar
• Paralel Bilezikler Sistemi
Elektrospinning ( Elektro Çekim) Yöntemi
• Çok sayıda parametrenin işleme etki etmesi nedeniyle
karmaşık üretim,
• Üretimde parametrelerin hassas olarak ayarlanması gerekli,
• Düşük üretim miktarı,
• Düze tıkanması,
• Çözücünün buharlaşması
• Düşük molekül oryantasyonu
• Yetersiz mekanik özellikler
• Yüksek çap dağılımı
gibi bir takım problemlerle de karşılaşılmaktadır
SEM (Taramalı Electron Mikroskop)Görüntüleri
Polibenzimidazol–250
SEM (Taramalı Electron Mikroskop)Görüntüleri
Polipropilen 2500-3500
SEM (Taramalı Electron Mikroskop)Görüntüleri
Polivinilalkol-400
SEM (Taramalı Electron Mikroskop)Görüntüleri
Poliakrilonitril-Gümüş
NANOLİFLERİN KULLANIM ALANLARI
Biyomedikal uygulamalar
• Tıbbi protez
• Tele tıp
• İlaç taşıma
• Yara örtücüler
• Cilt bakım ürünleri
• Doku şablonları
Elektriksel ve optik uygulamalar
• Sensörler
• Elektrodlar
Tarım uygulamaları
• Bitki koruma
Filtrasyon uygulamaları
• Kimyasal gaz
• Hava
• Kan
Uzay uygulamaları
• Uzay platformları
• Güneş ve ışık panelleri
Savunma uygulamaları
• Koruyucu giysiler
Kompozitler
• Malzeme kuvvetlendiriciler
Diğer uygulamalar
• Enzim taşıyıcılar
NANOLİFLERİN KULLANIM ALANLARI
Selüloz nanoliflerden
transparan kağıt üretimi
NANOLİF KULLANIM ALANLARI
Filtrasyon verimliligi lif inceliği ile yakından alakalıdır ve filtre
performansını yakından ilgilendirir.Endüstride bütün filtre
yapıları temiz hava sağlamak için kullanılır. Bu filtre yapılarının
yaklasık 0,5μ boyutunda yağ parçacıklarını tutması gerekir.
ANOLİFLERİN KULLANIM ALANLARI
Nanoteknolojinin tekstilde en iyi
bilinen ticari uygulama alanı
nanopartikülleri kullanarak kumaş ve
giysilere sıvı itici, yağ ve leke
dayanımı etkisi kazandırmak için
yüzey işlemi uygulanan tekstil
endüstrisidir. Bu lotus (Nilüfer çiçegi)
yaprağı efekti olarak bilinmektedir..
NANOLİFLERİN KULLANIM ALANLARI
Işık, Basınç, Kimyasal Gibi Çeşitli Dış Etkilerdeki Değişmelerle
Renk Değiştiren Ürünler
NANOLİFLERİN KULLANIM ALANLARI
Nabız, Sıcaklık, Tansiyon Gibi
Vücut Fonksiyonlarındaki
Değişmeleri Belirleyip
Kullanıcıyı Uyarma
NANOLİFLERİN KULLANIM ALANLARI
Vücut İşlevlerimizi Kontrol Edebilen, Gerektiğinde İlaç Veren
İlaç Yüklü PCL Nanolifleri
NANOLİFLERİN KULLANIM ALANLARI
Doku iskelesi
NANOLİFLERİN KULLANIM ALANLARI
Yara
örtüsü
Bitki
koruma
TEŞEKKÜRLER