TEKSTİLDE NANOLİFLER, KULLANIM ALANLARI VE NANOLİF ÜRETİM YÖNTEMLERİ

TEKSTİLDE NANOLİFLER, KULLANIM ALANLARI VE NANOLİF ÜRETİM YÖNTEMLERİ

Arş. Gör. Şerife ŞAFAKUludağ Üniversitesi,

Tekstil Mühendisliği Bölümü

Ekim 2012

İÇERİK

NANO BOYUT &NANOTEKNOLOJİ

TEKSTİL & NANOTEKNOLOJİ

TEKSTİLDE LİF & NANOLİF

NANOLİF ÜRETİM TEKNİKLERİ

NANOLİF KULLANIM ALANLARI

3

NANO BOYUT? Nano, Yunanca “cüce” demektir. Nano , herhangi bir ölçünün milyarda birini gösterir .

4

NANO METRE BOYUTUNU ANLATAN ÖRNEKLER

NANOTEKNOLOJİ1960 Richard Feynman “There is Plenty of Room at the Bottom”

1980

• Tarama Tünelleme Mikroskobu (Scanning Tunneling Microscope)• Fullerenler (Buckyballs) • Karbon Nanotüpler

6

TEKSTİL VE NANOTEKNOLOJİ• Buruşmazlık, • Anti Statiklik,• Su Geçirmezlik, • Leke Tutmazlık• UV Koruyuculuk, • Antimikrobiyallik,• Daha İyi Boyanabilirlik,• Yanmazlık Veya Güç Tutuşurluk

7

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.

8

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

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

Tekstil Lifleri

DoğalLifler

Bitkisel Esaslı Lifler

Hayvansal Esaslı Lifler

Madensel Esaslı Lifler

Yapay Lifler

Rejenere Lifler

Sentetik Lifler

TEKSTİLDE LİF & NANOLİF

İncelik Birim Ağırlığın Uzunluğu Nm (m/gr)

Birim uzunluğun ağırlığı; tex 1000 m’nin gr ağırlığıdtex, 10000 m’nin gr ağırlığıdenye 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 & NanolifNanolif ; “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 AVANTAJLARIÇapları 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 beş 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

PROSES PARAMETRELERİ Uygulanan Gerilim Değeri,

Akış Oranı, Şırınga/Pipet Ucu İle Toplayıcı Arasındaki Mesafe,

Şırınga/ Pipet Ağzının Tasarımı Ve Yerleşimi, Toplayıcı Tipi Ve Geometrisi

ORTAM PARAMETRELERİSıcaklık, Basınç Rutubet

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) Yöntemiİplik Oluşturan Toplayıcılar

• Sıvı Banyolu sistem

Elektrospinning ( Elektro Çekim) YöntemiSıvı Banyolu Sistem

Elektrospinning ( Elektro Çekim) Yöntemiİplik 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)GörüntüleriPolibenzimidazol–250

SEM (Taramalı Electron Mikroskop)GörüntüleriPolipropilen 2500-3500

SEM (Taramalı Electron Mikroskop)GörüntüleriPolivinilalkol-400

SEM (Taramalı Electron Mikroskop)GörüntüleriPoliakrilonitril-Gümüş

NANOLİFLERİN KULLANIM ALANLARI

Biyomedikal uygulamalar• Tıbbi protez• Tele tıp• İlaç taşıma• Yara örtücüler• Cilt bakım ürünleri• Doku şablonlarıElektriksel ve optik uygulamalar• Sensörler• ElektrodlarTarım uygulamaları• Bitki koruma

Filtrasyon uygulamaları• Kimyasal gaz• Hava• KanUzay uygulamaları• Uzay platformları• Güneş ve ışık panelleriSavunma uygulamaları• Koruyucu giysilerKompozitler• Malzeme kuvvetlendiricilerDiğer uygulamalar• Enzim taşıyıcılar

NANOLİFLERİN KULLANIM ALANLARI

Selüloz nanoliflerden transparan kağıt üretimi

NANOLİF KULLANIM ALANLARIFiltrasyon 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.

NANOLİFLERİN 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 ALANLARIDoku iskelesi

NANOLİFLERİN KULLANIM ALANLARI

Bitki koruma

Yara örtüsü

TEŞEKKÜRLER