Upload
dangliem
View
221
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
T.C.
SÜLEYMAN DEMĠREL ÜNĠVERSĠTESĠ
FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ
ELEKTROSTATĠK NANOLĠF ÇEKĠM YÖNTEMĠNE YÖNELĠK
OLARAK FARKLI GEOMETRĠ VE ÖZELLĠKTE TOPLAYICI
PLAKALARIN GELĠġTĠRĠLMESĠ VE KULLANILAN
TOPLAYICI PLAKALARIN NANOLĠF MORFOLOJĠSĠ
ÜZERĠNE ETKĠLERĠNĠN ARAġTIRILMASI
Mülazım ĠPEK
DanıĢman
Yrd. Doç. Dr. Mehmet Fatih CANBOLAT
YÜKSEK LİSANS TEZİ TEKSTİL MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI
ISPARTA-2016
© 2016 [Mülazım İPEK ]
i
ĠÇĠNDEKĠLER
Sayfa
İÇİNDEKİLER ............................................................................................................i
ÖZET ........................................................................................................................ iii
ABSTRACT ..............................................................................................................iv
TEŞEKKÜR ............................................................................................................... v
ŞEKİLLER DİZİNİ ...................................................................................................vi
ÇİZELGELE DİZİNİ ............................................................................................. viii
SİMGELER VE KISALTMALAR DİZİNİ ..............................................................ix
1. GİRİŞ ...................................................................................................................... 1
2. KAYNAK ÖZETLERİ ........................................................................................... 3
3. NANOTEKNOLOJİ VE NANOLİFLER ............................................................ 12
3.1 Nanoteknolojinin Tanımı ............................................................................... 12
3.2. Türkiye’nin Nanoteknoloji Yapılanması ...................................................... 13
3.3. Nanolif Üretim Teknolojisi ve Kapsamı ....................................................... 14
3.4. Nanolif Üretim Teknikleri ............................................................................ 16
3.4.1. Eriyikten üfleme yöntemi ve süperkritik CO2 uygulaması ..................... 16
3.4.2. Bikomponent lif üretimi sonrası fibrilasyon ile ayrıştırma yöntemi ....... 17
3.4.3. Elektrostatik lif çekim yöntemi ............................................................... 18
3.5. Nanoliflerin Kullanım Alanları ..................................................................... 21
3.5.1. Nanoliflerin kompozit uygulamaları ....................................................... 21
3.5.2. Filtrasyon uygulamaları ........................................................................... 22
3.5.3. Biyomedikal uygulamaları ...................................................................... 22
3.5.4. İlaç salımı uygulamaları .......................................................................... 23
3.5.5. Nanoliflerin yara örtücü olarak kullanımları ........................................... 24
3.5.6. Elektriksel ve optik uygulamalar ............................................................. 25
3.5.7. Savunma sanayi uygulamaları ................................................................. 25
3.5.8. Tarımsal uygulamalar .............................................................................. 25
3.5.9. Uzay uygulamaları .................................................................................. 26
3.6. Elektrostatik Lif Çekimi Yöntemi ile Nanolif Eldesi ................................... 26
3.6.1. Besleme ünitesi ........................................................................................ 26
3.6.2. Güç kaynağı ............................................................................................. 27
4. MATERYAL METOT ......................................................................................... 28
ii
4.1. Materyal ........................................................................................................ 28
4.1.2. Çalışma kapsamında deneylerde kullanılan polimer ve çözücüler
hakkında genel bilgi............................................................................... 28
4.1.3. Polikaprolakton fiziksel ve kimyasal özellikleri ..................................... 28
4.1.4. Çözücü olarak kullanılan malzemeler ..................................................... 29
4.2. Deney Düzeneği ............................................................................................ 30
4.3. Metot ............................................................................................................. 30
4.3.1. PCL nanoliflerin üretimi ......................................................................... 30
4.3.2. Elektrostatik lif çekim yöntemi ile nanolif çekimi .................................. 31
5. ARAŞTIRMA BULGULARI .............................................................................. 32
5.1. Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ile Analizler .................................... 32
5.2. Havuzlu Hazneden İlave Beslemeli ve Havuzsuz Silindirik Toplayıcılar .... 33
5.3. Yatayda Hareket Eden Toplayıcı Plaka ........................................................ 38
5.4. İki Eksenli Hareket Edebilen ve Salınım Yapan Toplayıcı Tertibat ............ 41
6. SONUÇ VE ÖNERİLER ..................................................................................... 48
EKLER ..................................................................................................................... 51
KAYNAKÇA ........................................................................................................... 55
ÖZGEÇMİŞ .............................................................................................................. 62
iii
ÖZET
Yüksek Lisans Tezi
ELEKTROSTATĠK NANOLĠF ÇEKĠM YÖNTEMĠNE YÖNELĠK OLARAK
FARKLI GEOMETRĠ VE ÖZELLĠKTE TOPLAYICI PLAKALARIN
GELĠġTĠRĠLMESĠ VE KULLANILAN TOPLAYICI PLAKALARIN NANOLĠF
MORFOLOJĠSĠ ÜZERĠNE ETKĠLERĠNĠN ARAġTIRILMASI
Mülazım ĠPEK
Süleyman Demirel Üniversitesi
Fen Bilimleri Enstitüsü
Tekstil Mühendisliği Anabilim Dalı
DanıĢman: Yrd. Doç. Dr. Mehmet Fatih CANBOLAT
Bu proje çalışmasında elektrostatik lif çekim sisteminin temel prensibi nano boyutta
lif üretimi sağlamak için, çoğunlukla, polimer çözeltisinin yüksek gerilim altında
toplayıcı bir levha üzerinde toplanmasıdır. Bu yöntemle polimer, kompozit ve
seramik nanolifler gibi çok farklı özelliklerdeki malzemeler üretilebilmektedir. Bu
çalışma, farklı özellik ve geometrideki toplayıcı plakaların, elektrostatik lif çekim
yöntemi ile nanolif üretimi üzerine etkilerinin anlaşılması amacına yönelik olarak
yapılmıştır. Çalışma kapsamında, elektrostatik lif çekim düzeneği ile birlikte
kullanılması planlanan ilave toplayıcı aparat ve tertibatlar tasarlanması, imalatı ve
bu sayede üretimde karşılaşılan problemlerin önüne geçilmesi ve daha işlevsel
nanolif üretilmesi de amaçlanmıştır. Planlanan mekanizma ve tertibatların tasarım
ve imalatı, yapılan çalışmalarda önemli kolaylıklar ve işlevsellikler sağlayacak
niteliktedir. Çalışmanın ilk bölümünde farklı geometride toplayıcı plakaların
tasarımı konusu irdelenmiş, ikinci aşamasında ise toplayıcı plakalar üzerinde nano
lif yapıların elde edilebilirliği tartışılmıştır.
Anahtar Kelimeler: Elektrostatik lif çekimi, Toplayıcı plaka, Polimer, Nanolif,
Morfoloji
2016, 62 sayfa
iv
ABSTRACT
M. Sc. Thesis
DESIGN AND MANUFACTURING OF COLLECTOR PLATES IN
VARIOUS GEOMETRIES AND PROPERTIES TOWARDS
ELECTROSPUN NANOFIBERS PRODUCTION AND INVESTIGATION
OF THE EFFECTS OF COLLECTOR TYPES ON PRODUCED
NANOFIBERS’ MORPHOLOGY
Mülazım ĠPEK
Süleyman Demirel University
Graduate Scholl of Natural and Applied Sciences
Department of Textile Engineering
Advisor: Assist. Prof. Mehmet Fatih CANBOLAT
The main principle of electrospinning is the nanofiber production heavily from
polymer solution under high voltage application on to the grounded collector. By
electrospinning method, nanofibers production with various materials such as
polymers, polymers with additives and ceramics can be performed. The purpose of
this study is to comprehend the effects of collectors with various material type and
geometry on nanofiber production by electrospinning method. Other objectives of
the study are to design and manufacture newly developed collector devices and
apparatus towards electrospinning, to overcome the problems which might be seen
during electrospinning, and to produce more efficient and functional nanofiber
structures. The design and manufacturing of the proposed mechanisms and
equipments can be qualified as portable, efficient and convenient. In the first part of
the study, design and manufacturing of newly developed collectors and in the
second part nanofiber morphologies on various collectors were analyzed.
Key Words: Electrospinning, Collector, Polymer, Morphology, Nanofiber
2016, 62 pages
v
TEġEKKÜR
Bu çalışmada her zaman beni destekleyip yeni fikirlerle ufkumun açılmasını
sağlayan kıymetli danışmanım Yrd. Doç. Dr. Mehmet Fatih CANBOLAT ve Arş.
Gör. Dr. Enes ÇAKMAK’a çok teşekkür ederim. Son olarak her kararımda
arkamda olan ve bugünlere gelmemi sağlayan aileme bütün kalbimle teşekkürü
borç bilirim.
vi
ġEKĠLLER DĠZĠNĠ
Sayfa
Şekil 3.1. Farklı ölçü uzunluklarının karşılaştırılması.............................................. 13
Şekil 3.2. Eriyikten üfleme sistemi ile üretim için şematik görünüm ...................... 17
Şekil 3.3. Bikomponent lifler ve fibrilasyon sonucu nanolif eldesi ......................... 18
Şekil 3.4. Elektrostatik lif çekim düzeneğinde liflerin oluşumu ............................. 20
Şekil 3.5. Whipping kararsızlığı ve taylor konisi ..................................................... 21
Şekil 3.6. Nanolif kullanım alanları ......................................................................... 22
Şekil 3.7. Nanolif içerisinde büyüyen fibroblast hücreleri ...................................... 23
Şekil 3.8. Elektrostatik lif çekimi yöntemiyle üretilmiş hızlı çözünme sağlayan
ilaç salınımı amaçlı nanolif yüzeyi .......................................................... 24
Şekil 3.9. Yara örtüsü olarak kullanılan nanolif uygulaması ................................... 24
Şekil 3.10. Savaş sanayine yönelik geliştirilmiş roket mermisinde nanolif
uygulaması ............................................................................................... 25
Şekil 3.11. Bitkinin böceklere karşı korunması için elektrostatik lif çekim
yöntemiyle elde edilmiş örtü .................................................................... 26
Şekil 4.1. Güç kaynağı.............................................................................................. 30
Şekil 4.2 Besleme ünitesi ......................................................................................... 30
Şekil 4.3 Farklı özellik ve geometride toplayıcı plaka örnekleri.............................. 30
Şekil 5.1. Sem- Zeis Ls-10 ....................................................................................... 32
Şekil 5.2. Havuzlu hazneden ilave beslemeli ve havuzsuz silindirik toplayıcılar .... 33
Şekil 5.3. Nema 17 step motor teknik resim ............................................................ 34
Şekil 5.4. Ardunio işletim sistemi ............................................................................ 35
Şekil 5.5. Farklı boyutlardaki silindirik toplayıcılar ................................................ 35
Şekil 5.6. Havuzlu silindirik toplayıcı ...................................................................... 36
Şekil 5.7. Havuzlu silindirik toplayıcı önden görünüm ............................................ 36
Şekil 5.8. Havuzlu silindirik toplayıcı yandan görünüm .......................................... 36
Şekil 5.9. Silindirik toplayıcı teknik resim ............................................................... 37
Şekil 5.10. 12 cm çapında silindirik toplayıcı teknik resim ..................................... 37
Şekil 5.11. 12 cm çapında toplayıcı silindir 3 boyutlu görünüm.............................. 37
Şekil 5.12. Yatayda hareket eden toplayıcı plaka ..................................................... 38
Şekil 5.13. Nema 14 step motor teknik resim .......................................................... 39
Şekil 5.14. Yatayda hareketli toplayıcı teknik çizim ................................................ 40
vii
Şekil 5.15. Yatayda hareketli toplayıcı mekanizması .............................................. 40
Şekil 5.16. Yatayda hareket eden toplayıcı yüzey .................................................... 40
Şekil 5.17. İki eksenli hareket edebilen ve salınım yapan toplayıcı tertibat ............ 41
Şekil 5.18. İki eksenli hareket edebilen ve salınım yapan toplayıcı ......................... 42
Şekil 5.19. Farklı geometriye sahip toplayıcı plakalar ve sem görüntüleri .............. 46
Şekil 5.20. Farklı malzemelerden üretilmiş toplayıcı plakalar ve sem
görüntüleri ................................................................................................ 47
viii
ÇĠZELGELE DĠZĠNĠ
Sayfa
Çizelge 2.1. Çeşitli nanolif formları elde etmek için farklı toplayıcı yüzeyler
kullanılan modifiye edilmiş düzenekler ............................................... 9
Çizelge 3.1. Lif ölçülerini tanımlamak için kullanılan terimler ............................... 15
Çizelge 3.2. Nanoliflerin uygulama alanları ............................................................. 16
Çizelge 3.3. Elektrostatik lif çekim yöntemine etki eden parametreler ................... 19
Çizelge 3.4. Parametrelerin lif yapısına Etkisi ......................................................... 20
Çizelge 4.1. Bazalt liflerinin özellikleri .................................................................. 28
Çizelge 4.2. Polikaprolaktonun fiziksel özellikleri .................................................. 29
ix
SĠMGELER VE KISALTMALAR DĠZĠNĠ
AFM Atomik kuvvet mikroskobu
CF Kloroform
Cl Klor
DMF Dimetilformamid
G İğne çapı
Hbr Hidrobromik asit
HCl Hidroklorik asit
kV Kilovolt
m Metre
nm Nanometre
PA Poliamid
PCL Polikaprolakton
PES Polyester
PP Polipropilen
SEM Taramalı elektron mikroskobu
STM Taramalı tünelleme mikroskobu
w/v Ağırlık/hacim oranı
µm Mikrometre
1
1. GĠRĠġ
William Gilbert tarafından 1500’lü yıllarda tanımlanan elektrostatik ve magnetik
davranışlar modern bilimin bir kısım temellerini oluşturmuştur. 1700’lü yıllardan
günümüze kadar elektrostatik lif çekim yöntemiyle nanolif eldesi için çeşitli
çalışmalar yapılmıştır. 1745 yılında Bose yaptığı çalışmalar neticesinde, akışkan
damlalara uygulanan yüksek voltaj sonucu meydana gelen yapıları aerosoller olarak
tanımlamıştır. Elektrostatik lif çekim yönteminin, uygulama alanı oldukça geniş
olup, bilim ve teknoloji alanında kullanılan yeni yöntemlerdendir. Bu yöntem ilk
olarak 1897 yılında Rayleigh tarafından incelenmiştir. Lord Rayleigh uygulanan
yükün yüzey gerilimini yenmesi için gereken değerin ne olması gerektiği sorularına
çözümler aramıştır. Cooley ve Morton 1902 ve 1903 yıllarında elektriksel yük
kullanarak, sıvı haldeki malzemelerin püskürtülmesi için kullanılan cihazların ilk
patentlerini almışlardır (Stanger, 2005; Jahangiri, 2014). Elektrostatik kuvvetler
kullanılarak sentetik liflerin üretimi 100 yıldan beri bilinmektedir. Elektrostatik
kuvvetler yardımıyla lif eğirme işlemi elektrostatik lif çekimi olarak bilinir (Subbiah,
2005).
Polimer çözeltisinden lif elde edilebilmek için, çözeltinin yeterli viskoziteye,
çözücünün yeterli uçuculuğa sahip olmaları ve uygulanan gerilimin yüzey gerilimini
yenmesi gerekmektedir. John Zeleny, 1917 yılında yaptığı çalışmalarda elektrik
alanın sıvı yüzeyleri üzerine etkileri hakkında çalışmalar yapmıştır. Farklı çözeltileri
inceleyen Zeleny, uygulanan gerilimle sıvı viskozitesi arasındaki ilişkiyi tespit etmek
için farklı çözelti viskoziteleri incelemiş ve aralarında doğrudan bir ilişki tespit
etmiştir. 1960’lı yıllarda ise Taylor tarafından jet oluşumu hakkında çalışmalar
yapılmaya başlanmıştır (Dabney 2002, Stanger, 2005). Elektrostatik lif çekim
yöntemiyle lif üretimi ile ilgili önemli patentler, 1934 yılında Anton Formhals
tarafından alınmıştır. Formhals icadı ile, sıvılar üzerindeki alanı kullanarak suni ve
sentetik filament üretimini tasarlamıştır (Anton, 1934).
1971 yılında Baumgarten, çözelti ve işlem parametrelerinin liflerin yapısal özellikleri
üzerine etkisini araştırmıştır. Yüksek hızlı bir kamera ile polimer damlasından tek bir
lifin çekildiğini saptamıştır. Lif çapı-viskozite ve lif çapı-elektrik alan şiddeti
ilişkilerini açıkça ortaya koymuştur.
2
1978 yılında, Annis ve Bornat vasküler protez olarak kullanılmak için elektrostatik
lif çekimiyle elde edilmiş poliüretan keçelerini inceleyerek bir çalışma
yayınlamışlardır (Sill ve Recum, 2008).
Günümüzde farklı yöntemlerden faydalanılarak, değişik özellikteki seramik ve
polimer malzemeler ile nanolif üretimleri yapılabilmektedir. Elektrostatik lif çekim
yöntemi kullanılarak nanolif üretim çalışmaları günümüze gelindiğinde tekrar 1990'lı
yılların başlarında hız kazanmıştır. Bu çalışmalar içinde en önemlilerinden birisi,
Reneker ve ark. tarafından yapılmış olan ve organik polimer çözeltilerinin yüksek
voltaj altında, elektrostatik alan içerisinde saçılarak nanolif yapısı oluşturduklarını
belirttikleri çalışmalarıdır. Elektrostatik lif çekim yöntemi polimerler, kompozitler ve
seramikler gibi zengin malzeme içerikleri ile çeşitli ultra incelikteki liflerin
üretilmesinde kullanılan basit ve işe yarar bir yöntemdir. Elektrostatik nanolif çekim
yöntemiyle diğer yöntemlere nazaran daha ince lifler elde edilebilir (Reneker ve
Chun 1996; Li ve Xia 2004). Elektrostatik lif çekimi ile nanolif üretim teknolojisi
sayesinde tekstil, inşaat, tarım, enerji, medikal, doku mühendisliği gibi birçok alanda
laboratuar çalışmaları düzeyinde kulanımlar imkan bulmuştur. Yapılan çalışmalarda
en önemli parametrelerden birisi olarak, toplayıcı plakaların geometrisi, türü ve
iletkenlik değerleri olduğu anlaşılmış ve değişik toplayıcı plakaların lif morfolojisi
ve uygulama alanlarına etkilleri incelenmiştir (Canbolat, 2011a).
3
2. KAYNAK ÖZETLERĠ
Nanoliflerin üzerinde toplandığı toplayıcı plakanın malzeme türü ve geometrik şekli
lif morfolojisini etkileyen önemli parametrelerdendir. Desen mimarisini kontrol eden
ama parametre toplayıcının yapısıdır. Topraklanmış plakaya, nanolifler temas
ettiğinde lif üzerindeki elektriksel yük sıfırlanmaktadır. Plaka dışında kalan yerlerde
ise nanoliflerdeki yük boşalması daha yavaş gerçekleşmektedir. Tüm bu etkenler
nanoliflerin yapısal özelliklerini, özellikle de birim alandaki yoğunluklarını
etkilemektedir. Bundan dolayı toplayıcı plaka seçerken elektrik iletkenlik katsayısı
yüksek materyaller seçilmelidir. Diğer bir önemli unsur ise toplayıcı plakanın
geometrisidir. Laboratuar ortamında genellikle sabit metal toplayıcı plakalar
kullanılmaktadır. Literatürde farklı geometri ve özellikte toplayıcı plakalarla yapılan
çalışmalar da mevcuttur. Toplayıcı plakaların geometrileri nanoliflerin ne şekilde
toplanacağını belirlemekte (düzgün dizilimli, rastgele dizilimli, şekilli geometride)
olup, hareketli toplayıcıların kullanımı ile birim alanda istenilen yoğunlukta nanolif
birikimi sağlanmaktadır. İstenilen yoğunlukta nanolif toplanması lif ağının daha
orantılı dağılımını ve gözenekli yapının daha kontrollü geliştirilmesini sağlamaktadır.
Bu durum homojen karışım istenen birçok uygulamalarda avantaj sağlamaktadır.
Ayrıca, hareketli plakaların hızı da nanolif ağının morfolojisini etkileyebilmektedir
(Neves, 2007; Andrady, 2008).
Elektrostatik lif çekiminin başlayabilmesi için besleme ünitesi ile toplayıcı arasında
bir elektrik alan oluşması gerekmekte olup, besleme ünitesi ile toplayıcı arasında
stabil bir potansiyel fark oluşmaktadır. Pek çok elektrostatik lif çekim düzeneğinde
bu elektrik alanı sağlayabilmek için toplayıcı olarak alüminyum folyo gibi iletken bir
materyal kullanılır ve bu materyal uygun bir toplayıcı üzerine yerleştirilmek suretiyle
topraklanır (Andrady, 2008). Genellikle alüminyum folyo kullanılmasına rağmen
çeşitli uygulamalarda liflerin transferi güçtür. Liflerin transferi için tel örgü, pim,
ızgara çubuk, karşılıklı paralel çubuklar, dönen çubuk veya disk, sıvı banyosu ve
benzeri toplayıcı plakalar geliştirilmiştir (Li ve Wang, 2013).
Yousefzadeh ve ark., yardımcı disk plaka kullanarak iğne önünde tanımlanan alanda
çanağın köşesinde su yüzeyinde nanolifler birikebileceğini göstermişlerdir. Sıvı
vortex, toplayıcı olarak elde edilen nanoliflerin kontinu iplik şeklinde toplanmasını
4
mümkün kılmıştır (Yousefzadeh vd., 2011). PAN liflerinin yapısal özelliklerine
dönen silindirik toplayıcının etkisinin incelendiği bir başka çalışmada tambur dönme
hızı 0-2500 rpm arasında değiştirilmiş ve ortalama lif çapı 0 rpm de 400 nm olarak
bulunmuştur. Dönme hızı artırıldığında lif çapında incelme olduğu gözlemlenmiş,
1500 rpm’de 350 nm, 2500 rpm’de 300 nm lif çapına ulaşılmıştır. Bu durumun,
toplayıcının dönme hızına bağlı olarak, elde edilen lifler üzerinde oluşan kuvvetin bir
neticesi sonrası liflerdeki gerilim sayesinde gerçekleşmiş olabileceği düşünülmüştür.
Yapılan çalışma göstermiştir ki, tamburun dönme hızındaki artış ile beraber elde
edilen liflerin hizalanması ve birbirlerine olan paralelliği artmış ve elde edilen
dağınık (birbirine çapraz) şekilde toplanmış liflerin miktarı düşüş göstermiştir
(Sutasinpromprae vd., 2006).
Metalik tel örgü toplayıcı kullanılan bir başka çalışmada, nanolifler tel örgü
üzerindeki boşluklar arasında gergin şekilde toplanmışlardır (Rosic vd., 2011). Wang
ve ark. tarafından yapılan hava üflemeli elektrostatik lif çekimi çalışmasında ise
kullanılan alüminyum folyo, tel elek ve tel elek üzeri alüminyum folyo toplayıcılar
ile hyaluronik asit içeren nanoliflerin eldesi çalışılmıştır. Kullanılan farklı
toplayıcıların toplama alanı ve toplama zamanına etkileri araştırılmak istenmiştir. Bu
amaçla 1.7 mm ve 6.3 mm değerlerinde farklı delik çaplarına sahip tel elekler ile 20
ve 40 dakika toplama zamanlarında çalışılmıştır. Kullanılan alüminyum folyo tipi
toplayıcıdan elde edilen nanoliflerin yüzeyden ayrılmalarının zorluğundan
bahsedilmiştir. Tek başına tel elek kullanımında ilk başta güzel sonuç alındığı fakat
tel eleğin yüzey alanının alüminyum folyoya göre daha düşük olması nedeniyle
zaman içinde performansta düşüş ve boncuk oluşumu gözlemlenmiştir. Geçen
zamanla birlikte liflerin tel elek toplayıcı üzerine birikmesi sonucu toplayıcının
iletkenliğinde de düşüş olduğu ve bu nedenle besleme ucuyla toplayıcı arası oluşan
elektrostatik alanın olumsuz etkilendiği rapor edilmiştir. Bu duruma çözüm olarak
düşünülen tel elek ve alüminyum folyonun birlikte kullanıldığı versiyonda yine
istenen tarzda sonuç alınamamıştır. Bu durum hava üflemeli elektrostatik lif çekimi
ile alakalı bir durum olarak ortaya konmuştur. Üflenen hava, hava geçişine izin
vermeyen yüzeylerden yansıdığı için ters akım oluşmuş ve istenilen sonuç
alınamamıştır. Bu çalışmanın en kayda değer sonucu hava geçirgen toplayıcı
plakaların eğirme solüsyonunun uzama oranını artırdığı sonucudur (Wang vd., 2005).
5
Neves ve ark., yaptıkları çalışmada değişik tipte toplayıcılar kullanarak biyomedikal
uygulamalara yönelik nanolif eldesine çalışmışlardır. Yaptıkları çalışma sonucu, elde
edilen lif yapısına ait dizilimin kullanılan toplayıcının yüzey topografisiyle birinci
dereceden alakalı olduğunu tespit etmişlerdir. Bu topografinin aynı zamanda lif
oryantasyonu, lifin morfolojik özellikleri ve mekanik özelliklerini doğrudan
etkilediğini rapor etmişlerdir. Öyle ki, tüm bu özelikler kullanılan doku hücrelerinin
in vitro ortamdaki gelişimlerini dahi etkileyen bir unsur olarak belirtilmiştir (Neves
vd., 2007).
Chung ve ark., yaptıkları çalışmada, mandrel toplayıcınının hızının artırılarak liflerin
istenilen yönde hizalanabileceğini belirtmişlerdir (Chung vd., 2009). Yee ve ark.,
yaptıkları bir çalışmada modifiye edilmiş döner diskli toplayıcıyı kullanılarak, düz
tabaka boyunca yoğun sıklıkta ve üniformite de iyi hizalanmış PVDF nanoliflerinin
elde edildiğini rapor etmişlerdir (Yee vd., 2008). Döner silindirik toplayıcının
kullanıldığı bir başka çalışmada, Ku ve ark., döner silindirin hızı arttıkça nanolif
çapının azaldığını rapor etmişlerdir (Ku vd., 2012).
Blakeney ve ark., yaptıkları çalışmada düz yüzeyli toplayıcı plaka kullanmış ve
toplayıcı plaka üzerinde liflerin geniş alanda üniform bir şekilde yayıldığını
belirtmişlerdir. Bunun bir sonucu olarak elyaf grubu düzgün bir biçimde toplayıcı
üzerinde birikecek ve her bir sonraki tabaka, mevcut katmanların üzerine
yatırılacaktır, denilmiştir (Blakeney vd., 2011). Shin ve ark., iki paralel plaka
arasında elektrostatik lif çekim işlemini gerçekleştirmişlerdir. Yaptıkları çalışmalar
sonucunda elektrik alanın iki paralel plaka arasında daha düzenli bir şekilde lif
oluşturduğunu rapor etmişlerdir (Shin vd., 2001).
Martinova ve ark., geliştirdikleri düzenekte çözelti banyosuna batırılmış bir silindir
kullanılmışlardır. Silindirin dönmesiyle silindir üzerinde bulunan polimer
damlacıklarına potansiyel fark uygulanmış, üst bölgede yer alan hareketli toplayıcıya
jetlerin yönlenmesi sağlanmıştır. Toplayıcının bir bant arayıcılığıyla hareket
ettirilmesi ile nanoliflerden meydana gelen tülbent oluşmuştur (Kozanoğlu, 2006).
Nie ve ark., alginatın saf haldeki formuna uyguladıkları elektrostatik lif çekimi
çalışmasında, toplayıcı olarak bir koagülasyon banyosu içerisine batırılmış
6
topraklanmış bakır ızgara plakayı kullanmışlardır. SEM analiz sonuçları ortalama
çaplara sahip düzgün nanoliflerin elde edildiğini göstermiştir (Nie vd., 2008). Theron
ve ark., yaptıkları bir çalışmada, paralel sıralanmış lifleri elde etmek için, modifiye
disk şeklinde sivri kenarlı bobini toplayıcı olarak kullanmışlardır ve sonucunda
düzgün dizilimli nanolif yapıları elde etmişlerdir (Theron vd., 2001).
Wang ve ark., paslanmaz çelik bir tel örgüyü toplayıcı olarak kullanmışlar ve üretilen
nanoliflerin, paslanmaz çelik örgü toplayıcının topolojik yapısına benzer olduğunu
belirtmişlerdir (Wang vd., 2009). Kim ve ark., araştırma ve deneyler sonrası delik
boyutu, delik derinliği ve gözenek dağılımı gibi topolojilerin toplayıcı sıcaklığının
değiştirilmesi ile kontrol edilebileceğini tespit etmişlerdir (Kim vd., 2006).
Matthews ve ark.’nca yapılan bir diğer çalışmada, 4500 rpm'lik dönüş hızına sahip
döner bir disk toplayıcı kullanılarak üç boyutlu hizalanmış tip 1 kolojen nanolifler
inşa edilmeye çalışılmıştır (Matthews vd., 2002). Bhattarai ve ark. ise dönen silindir
bir toplayıcının hızını ve şeklini incelemişler ve silindirik toplayıcı hızının 2000 rpm
iken liflerin en iyi şekilde hizalandığını belirtmişlerdir (Bhattarai vd., 2005).
Katta ve ark., toplayıcı olarak silindirik topraklanmış bakır tel çerçeveleri
kullanmışlardır. Elektrostatik lif çekiminden 15 dakika sonra yüksek oranda
hizalanmış nanolifler elde etmişlerdir (Katta vd., 2004). Huang ve ark.’nca yapılan
çalışmada nanolif elde etmek için dikdörtgen şeklinde alüminyum ve odun
çerçevelerden üretilen toplayıcılar kullanılmıştır ve çalışma sonucu alüminyum
toplayıcılarda çok daha düzgün ve paralel dizilimli nanolif yapıların oluştuğu
gözlemlenmiştir (Huang vd., 2003).
Kongkhlang ve ark., yaptıkları çalışma sonucunda davul ve disk toplayıcının hızı ve
toplayıcı tipinin liflerin izotropik ya da anizotropik hizalanmasını etkilediğini
belirtmişlerdir. Ayrıca toplayıcı plakanın moleküler çapta oryantasyonu ve elde
edilen yapıların kristalinitesini değiştirdiğini belirtmişlerdir (Kongkhlang vd., 2008).
Kumar, yaptığı çalışmada elektrostatik nanolif çekim yönteminde farklı geometride
toplayıcı plakalar kullanarak düzgün hizalanmış nanoliflerin elde edilebileceğini
belirtmiştir. Nanolif imal etmek için düz plaka toplayıcı, dönen silindirik toplayıcı,
7
ızgara tipi toplayıcı ve kenar tipi toplayıcı gibi farklı toplayıcı çeşitlerinden
yararlanmıştır.
Kumar, çalışmaları neticesinde düz plaka toplayıcıda liflerin rastgele yönelimli
olarak, silindirik dönen toplayıcıda ise rastgele yerleşimle beraber daha kalın çapta
elde edildiğini belirtmiştir. Izgara toplayıcıda ise lifler yüksek morfolojik yapıda
hizalanmış olarak çekilmiştir. Kullanılan tüm toplayıcılar içinde en iyi sonucun
ızgara tipi toplayıcının verdiğini rapor etmiştir (Kumar, 2012).
Jiri ve ark., elektrostatik lif çekim yönteminde toplayıcının iletken olmasının
gerekliliğini belirtmişler, iğne ve toplayıcı arasında sabit potansiyel fark oluşturmak
için topraklanmış toplayıcı plaka ve pozitif yüklü iğneden oluşan elektrota ihtiyaç
olduğunu vurgulamışlardır. İletken olmayan toplayıcı plakalar kullanıldığında
paketleme yoğunluğunun azaldığını, iletken toplayıcı plakaların kullanılması
durumunda ise paketleme yoğunluğu yüksek nanolif yapıların elde edildiğini rapor
etmişlerdir. Gözenekli toplayıcı plakaların gözeneksiz toplayıcı plakalarla
karşılaştırıldığında, paket yoğunluğu daha düşük nanoliflerin üretildiğini
bildirmişlerdir. Gözenekli toplayıcı plakaların yüzey alanını arttırdığı ve bu sebeple
çözücülerin buharlaşma hızının gözeneksiz toplayıcı plakalara göre daha hızlı
olduğunu iddia etmişlerdir. Döner toplayıcı plakaların, çözücülerin buharlaşmasında
daha uzun sürelere imkan tanıdığı ve böylelikle kuru liflerin elde edilmesini
kolaylaştırdığını belirtmişlerdir. Ayrıca, döner toplayıcı plakalarla yüksek
düzgünlükte lif morfolojisine sahip nanolif yapıların eğrilebildiğini aktarmışlardır
(Jiri vd., 2011).
Liu ve ark. ile Kim ve ark., yaptıkları çalışmalarda, toplayıcı plakaların yapısının
eğrilmiş elyafların morfolojik ve fiziksel özelliklerini önemli derecede etkilediğini
tespit etmişlerdir (Liu vd., 2002; Kim vd., 2005). Liu ve ark., selüloz asetattan
elektrostatik lif çekimiyle nanolif eldesinde bakır örgü, alüminyum folyo, kağıt ve
sudan oluşan toplayıcıları kullanmışlardır. Yaptıkları çalışma sonucunda kullanılan
toplayıcı tipinin büyük ölçüde liflerin düzenini ve paketleme yoğunluğunu
etkilediğini belirtmişlerdir (Liu vd., 2002 ).
8
Sundaray ve ark. ile Fennessey ve ark., özel tasarlanmış toplayıcı sistemlerle
hizalanmış lifler ya da lif dizileri elde edilebileceğini belirtmişlerdir. Bundan on yıl
öncesinde, araştırmacılar, elektrostatik lif çekim proseslerini kontrol ederek mekanik
ve elektrostatik yöntemlerle çok düzenli hizalanmış lifleri elde etmeye
odaklanmışlardır. Hizalanmış lifler, doku mühendisliği, biyosensör uygulamaları,
nanokompozitler, filtreler, elektronik aletler gibi birçok mühendislik alanlarında
önemli kullanım imkanları bulmuştur (Sundaray vd., 2004; Fennessey vd., 2004).
Araştırmacılar tasarladıkları toplayıcı düzenekler üzerinde çeşitli modifikasyonlar
yaparak farklı lif formları elde etmeye çalışmışlardır. Düzeneklerde farklı formlarda
toplayıcı yüzeyler kullanmak, toplayıcı yüzey sistemini dik veya yatay olarak
yerleştirmek, toplayıcı sistemlerde çoklu parçalar veya iç içe geçmiş parçalar
kullanımı gibi değişiklikler yapılabileceği değişik kaynaklarda gösterilmiştir. Çeşitli
lif formları oluşturmak için genellikle iki ana metot vardır. Bunlardan biri elektriksel
alan üzerinde değişiklikler yapılarak elektrostatik alandaki çekim jetinin kontrolüdür.
Diğer metot ise dinamik toplayıcı kullanımıdır. Bununla beraber farklı statik
toplayıcılar kullanılarak bazı lif formlarını elde etmek de mümkün olabilir (Düzyer,
2009)
Lifler, öte yandan, özel olarak lif dizinlerini hizalamak için tasarlanan toplayıcı
sistemler üzerinde de toplanabilmektedirler. Bir kısım çalışmalarda araştırmacılar,
elektrostatik lif çekimi yöntemini kontrol etmek için mekanik ve elektrostatik
yöntemleri kullanarak liflerin yüksek sırada hizalanmasının sağlanmasına
odaklanmışlardır. Hizalanan liflerin; doku mühendisliği, sensörler, nanokompozitler,
filtreler ve elektronik cihazlar gibi birçok mühendislik uygulamalarında önemli
olduğu bulunmuştur. Liflerin hizalanması için yaygın kullanılan toplayıcılara ait
örnek tertibatlar aşağıda alt bölümlerde açıklanmıştır (Baji vd., 2010).
9
Çizelge 2.1. Çeşitli nanolif formları elde etmek için farklı toplayıcı yüzeyler kullanılan
modifiye edilmiş düzenekler (Teo ve ark., 2006)
Düzenek
Adı Düzenek ġekli Avantaj/Dezavantaj
Dönen
Davul
Toplayıcı
Avantaj
-basit bir düzenek olup, lifler düz
bir şekilde yerleşebilir
Dezavantaj
-yüksek dönme hızında lif kopuşu
meydana gelebilir
Paralel
Elektrotlar
Avantaj
-basit bir sistemdir.
-çok düzenli yerleşmiş yüzeylerin
eldesi kolaydır
Dezavantaj
-kalın katmanlı yüzeyler elde
edilemez.
-liflerin boy sınırlıdır
Dönen Telli
Davul
Toplayıcı
Avantaj
-basit bir sistemdir.
-çok düzenli yerleşmiş yapıların
eldesi kolaydır
Dezavantaj
- kalın katmanlı yüzeyler elde
edilemez.
10
Üzerinde Tel
Sarılı Dönen
Davul
Toplayıcı
Avantaj
-basit bir sistemdir.
-çok düzenli yerleşmiş yapıların
eldesi kolaydır
-tel kalınlığı değiştirilerek liflerin
düzenli yerleştiği bölge
ayarlanabilir.
Dezavantaj
-lifler bütün davul toplayıcı
üzerinde toplanmaz sadecetel
üzerinde toplanır.
Keskin Uçlu
Elektrotlar
Üzerinde
Dönen Tüp
Toplayıcı
Avantaj
-çok düzenli yapılar elde edilebilir.
-kalın lif tabakalarının eldesi
mümkündür.
-lifler tüp yüzeyinin tamamına
yerleşebilir
Dezavantaj
-düzeneğin etkili olabilmesi için
negatif elektrota ihtiyaç vardır
-sadece küçük çaplı tüp
kullanılabilir
Elektrostatik
Lif Çekim
Ünitesinde
Oluşan
Polimer
Jetinin
Keskin Uçlu
Elektrot ile
Kontrolü
Avantaj
-çok düzenli yerleşmiş yüzeylerin
üretilmesi kolaydır
-tüp üzerinde lif yerleşim düzeninin
yönünü kontrol etmek mümkündür
-kalın lif katmanları elde edilebilir.
Dezavantaj
-sistemin etkin olabilmesi için
negatif elektrota ihtiyaç vardır.
-sadece küçük çaplı tüp
kullanılabilir
11
Disk
Toplayıcı
Avantaj
-basit bir düzenektir
-çok düzenli yerleşmiş yapıların
eldesi mümkündür
Dezavantaj
-toplayıcı üzerine daha fazla lif
yerleştikçe aynı rotasyon hızında
yüksek lif düzenliliğini sağlamak
mümkün değildir
Karsılıklı
Elektrotlar
Düzeni
Avantaj
-basit bir sistemdir.
Dezavantaj
-kalın katmanlı yüzeylerin
üretilmesine imkan vermemektedir.
-lif desenlemesi istikrarlı değildir.
-liflerin toplandığı alan sınırlıdır.
İçinde Mil
Bulunan
Dönen
Davul
Toplayıcı
Avantaj
-lifler geniş alan üzerine
toplanabilir
Dezavantaj
-düzenek karışıktır
-kalın lif katmanları elde mümkün
olmayabilir
Sonuç olarak elektrostatik lif çekim ünitesinde farklı varyasyonlar yapılabilmektedir.
Elde edilen nanoliflerin özellikleri farklılık göstermektedir. Elde edilmek istenen
yapılar için farklı düzeneklerle çalışılabilmektedir (Kozanoğlu, 2006).
12
3. NANOTEKNOLOJĠ VE NANOLĠFLER
3.1. Nanoteknolojinin Tanımı
Nano sözcüğü Yunanca bir kelime olup cüce anlamına gelmektedir. Bir nanometre
bir milimetrenin milyonda biri uzunluğa sahip ölçü birimi olarak tanımlanmıştır
(Ramakrishna vd., 2005). Foster göre nanoteknolojiyi moleküler kimya, fizik,
mekaniksel tasarım, yapısal analiz, bilgisayar bilimi, elektrik mühendisliği ve sistem
mühendisliği gibi mühendislik dallarının bir araya gelmesiyle oluşan multi disipliner
bir çalışma alanı olarak tanımlamıştır (Foster, 2005).
Nanoteknoloji hali hazırda kullanımda olan teknolojilere farklı bir bakış açısı
getirmiştir. Mevcut sistemlerdeki proses, ürün, verimlilik, çevre gibi faktörlerin
performanslarının arttırılmasını sağlamayı hedeflemiştir. Bilim insanları nanometre
seviyesindeki çalışmalara 20. yüzyılın sonlarına doğru yönelmişlerdir. Özellikle
atomların doğrudan görüntülenmesine imkan veren taramalı tünelleme
mikroskobunun ve bundan türetilen atomik kuvvet mikroskobunun icadı, nanometre
seviyesinde fizik ve kimya bilimlerine çok güçlü bir gözlem imkanı sunmuştur. Bu
mikroskoplar sayesinde, malzemelerin nanometre boyutundaki çeşitli prosesleri,
birbirleriyle olan ilişkileri, meydana gelen kimyasal reaksiyonların gözlemlenmesi ve
atomların birer birer kontrol edilerek istenilen yerlere taşınmasıyla yapay
malzemelerin eldesi gerçekleştirilebilmiştir (Celep, 2007).
Nanoteknoloji ilk olarak malzeme bilimi ve biyoteknoloji gibi dallarda gelişim
göstermiş olup, önümüzdeki yıllarda hayatımızda daha geniş ve önemli bir yer
edinecek potansiyele sahiptir. Son yıllarda nanobiyoteknoloji, nanotıp gibi konularda
artarak devam eden araştırmalar yakın bir zamanda tedavi metotlarında önemli
gelişmelerin olacağını göstermektedir. Nanoteknoloji kullanılarak elde edilen nano
malzemeler ile sahip oldukları üstün özellikler sayesinde, laboratuar ölçekli
çalışmalardan endüstriyel ölçekte çalışmalara geçileceği ve bu malzemelerin
savunma, optik, otomotiv, inşaat, kimya, tekstil, ilaç sanayisi gibi değişik birçok
alanlarda kullanım bulacakları öngörülmektedir (Bilgesam, 2015).
13
Şekil 3.1. Farklı ölçü uzunluklarının karşılaştırılması (Celep, 2007)
3.2. Türkiye’nin Nanoteknoloji Yapılanması
Günümüzde, nano teknolojinin getirmiş olduğu avantajlar ile ülkelerin ve milletlerin
gelişmişlik seviyesini belirleyecek önemli unsurlardan birisi olacağı
öngörülmektedir. Nano teknolojinin öneminin farkına varmış olan gelişmiş ve
gelişmekte olan ülkeler arge çalışmalarını nano teknoloji ve nano bilim üzerinde
yoğunlaştırmış olup, nanoteknoloji hakkında stratejiler geliştirmektedirler (Özer
2008). Ne var ki, ülkemizin birçok sanayi devrimlerini kaçırmış olması sonucunda,
teknoloji üretmek yerine dışarıdan ürün alma yoluna gidilmiş ve bu durum ülkemizin
önemli sorunlarından biri olan cari açığın artmasına yol açmıştır. Hızlı bir şekilde
gelişen teknoloji karşısında şirketlerin ayakta kalabilmesi için, ar-ge yatırımlarına
ciddi bir şekilde önem verilmesi gerektiği hemen her platformda ifade edilmekte olan
önemli bir gerçektir. Ayrıca nanoteknoloji kullanılarak elde edilen yüksek katma
değerli ürünler dış ticarette, gelişmekte olan ülkelerin ekonomisinde, dengesizlikler
oluşturabilmektedir. Jeopolitik konumu nedeniyle önemli bir konumda olan
ülkemizin güvenliği ve huzuru, sağlam ekonomik politikalara ve dünyada rekabet
sağlayacak bir sanayiye sahip olmasına bağlıdır. Bu nedenle ülkemiz hiç vakit
14
kaybetmeden klasik ürünler yerine katma değeri yüksek ürünlerin üretimine
geçmelidir. Daha yolun başındayken nanoteknoloji yatırımlarına eğilmek, nano
teknolojiyi benimseyen ve teknoloji üreten bir ülke olmak amaçlanmalıdır
(Bilgesam, 2015).
Belirtilen hususlar doğrultusunda, nihayet, ülkemizde nanoteknolojiyi üretir hale
gelebilmek için uygun adımlar atılmaya başlanmıştır. Tübitak'ın 2023 Vizyon
Programı kapsamında yüksek teknolojili ürünlerin üretilebilmesi için yol haritası
oluşturulmuş, nanoteknoloji vurgusu yapılmıştır (Anonim 1). Nanoteknolojinin
dünya çapında büyük bir önem kazanması ve bu alanda yapılan araştırmaların ciddi
bir biçimde yaygınlaşması, gelişmiş ülkelerde olduğu gibi ülkemizde de bu alanda
yapılan yatırımların artmasını sağlamıştır. Kamu, üniversite, araştırma kurumları,
sanayi ve özel sektör kuruluşları, nanoteknoloji içerikli AR-GE çalışmalarına yönelik
kaynak ayırmaya başlamış ve bilim insanları bu konularda çalışmalar yapmaya
yönelmiştir. Özellikle son yıllarda bireysel seviyede sürdürülen nanoteknoloji
araştırmaları devletimiz tarafından desteklenmeye başlanmış ve teşvikler
getirilmiştir. Bu bağlamda, 2005 yılında Devlet Planlama Teşkilatı (DPT) tarafından
Bilkent Üniversitesine bağlı olan Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Enstitüsüne, 100
milyon TL’lik bir kaynak aktarılmıştır. Türkiye’de son yıllarda nanoteknoloji
alanında yapılan yatırımlar artsa da gelişmiş ülkelerle kıyaslandığında bu konudaki
ilerleme hızı yavaştır. 2016 yılından itibaren nanoteknoloji alanında ciddi anlamda
bir işgücü ve iş hacminin oluşacağı tahmin edilmektedir. Bu nedenle nitelikli eleman
yetiştirmek için lisans, yüksek lisans ve doktora seviyesinde nanoteknoloji alanında
eğitimler verilmektedir. Türkiye’de bazı üniversite ve araştırma kurumları kendi
laboratuarlarını kurarak nanoteknoloji alanında çalışmaktadır. Bu kurumlara; Bilkent
Üniversitesi, Gebze İleri Teknoloji Enstitüsü, Koç Üniversitesi, Ortadoğu Teknik
Üniversitesi, Sabancı Üniversitesi, TÜBITAK Marmara Araştırma Merkezi gibi
kurumlar örnek olarak verilebilir (Özer, 2008).
3.3. Nanolif Üretim Teknolojisi ve Kapsamı
Nanolifler, bazı kaynaklarda, çapı 100 nanometrenin altında olan lifler olarak
tanımlanmaktadırlar. Nanolifler çok küçük yapılarda olmalarına rağmen, oldukça
geniş bir yüzey alanına sahiptirler ve ayrıca sıvı dayanımlarının yüksek olması,
15
biyolojik açıdan uyumlu olmaları, nanoliflere oldukça geniş bir alanda kullanım
imkanı sağlamıştır (Canbolat, 2011a).
Çizelge 3.1’de nanolifleri daha iyi anlayabilmek için lif ölçümünde kullanılan bazı
terimlerin açıklamasına yer verilmiştir.
Çizelge 3.1. Lif ölçülerini tanımlamak için kullanılan terimler (Yıldırım vd., 2004)
Nanolifler sahip olduğu üstün özelliklerden dolayı fonksiyonel çözümler sunan pek
çok farklı alanlarda kullanılacak malzemelerin üretiminde tercih edilmektedirler. Bu
nedenle son yıllarda bu alanda yoğun çalışmalar yapılmaktadır. Nanolifler oldukça
küçük çaplarda olmalarına karşın yüzey/hacim oranları yüksektir. Bu özelliği
nanoliflere, fonksiyonel grupları, iyonları, farklı nano seviyedeki partikülleri tutma
veya yayma kapasitesinin yüksek olmasını sağlamıştır (Canbolat, 2011a).
Elektron mikroskobu sayesinde, elde edilen nanolifler incelenerek liflerin yapısal
özellikleri, morfolojisi, üretim teknikleri, kullanılan hammadde özellikleri
öğrenilebilmektedir. Elektron mikroskobundaki gelişmeler bu yapılar hakkında başka
özelliklerin de ortaya çıkmasına yardımcı olacaktır (Gemci vd., 2011).
Monofilament Genellikle 14 denyeden daha büyük liflerde tek bir filament için kullanılır.
Denye Birim uzunluk başına ağırlık ölçüsüdür. 9,000 m’nin gram olarak
karşılığıdır.
Desiteks Lif veya ipliğin 10,000 m’sinin gram olarak ağırlığıdır.
Mikrolif
0.3-0.9 denye aralığında ölçüye sahip liftir. Multifilament ipliklerde
filamentleri denye’den daha az olanlar için kullanılan bir terimdir. Tipik bir
1 denyelik PES lifi 10 mikron lif çapına sahiptir
Mikron Lifin ölçüsü 0.3 denyeden daha düşük ise lifin çapı mikron ( 10
-6 m) olarak
tanımlanmaktır.
Nanolif Çapları 0.5 mikrondan daha az olan lifler için kullanılır. Tipik nanoliflerin
çapı 50-300 nm arasındadır
16
Çizelge 3.2’de bir kısım nanolif bazlı uygulama alanlarına yer verilmiştir;
Çizelge 3.2. Nanoliflerin uygulama alanları (Celep, 2007)
Biyomedikal Uygulamalar İlaç taşıma, tele-tıp, yara örtücüler
Savunma Uygulamaları Korucuyu giysiler
Uzay Uygulamaları Güneş ve ışık panelleri
Elektriksel ve Optik Uygulamalar Elektrotlar, sensörler
Tarım Uygulamaları Bitki koruma örtüleri,
Filtrasyon Uygulamaları Kimyasal gaz, hava, su
Kompozitler Malzeme kuvvetlendiriciler
Diğer Uygulamalar Enzim taşıyıcılar
3.4. Nanolif Üretim Teknikleri
Nanolif üretiminde genel olarak aşağıdaki yöntemler kullanılmaktadır. Bu yöntemler;
Eriyikten üfleyeme yöntemi ve süperkritik CO2 uygulaması
Bikomponent lif üretimi sonrası fibrilasyon ile ayrıştırma yöntemi
Elektrostatik lif çekim yöntemi ile üretimidir (Nayak vd., 2011a).
3.4.1 Eriyikten üfleme yöntemi ve süperkritik CO2 uygulaması
Eriyikten üfleme prosesi, küçük çaplı lif üretiminde kullanılan yaygın bir metottur.
Bu yöntemde ilk olarak termoplastik polimer ekstrüderde eritilerek filtre edilir. Daha
sonra ise bir pompa yardımı ile eritilen polimer lif çekim başlığına iletilerek düseden
püskürtülür. Püskürtüldükten sonra sıcak hava üflenerek inceltilir. Oluşan kesikli
elyaflar toplayıcı bir bant üzerinde toplanır. Şekil 3.2’de eriyikten üfleyerek üretim
yapma tekniği gösterilmektedir. Elde edilen tülbent düşük gramajda ve düzgün bir
yapıda bulunmaktadır. Filamentlerin çapı genellikle 1-4 µm arasında değişmektedir.
Eriyikten üfleme yöntemiyle tülbent eldesinde yaygın olarak polipropilen ve polibütil
tereftalat yaygın olarak kullanılmaktadır (Russell, 2006). Bu proseste süper kritik
CO2 kullanımı ile lifler daha da incelerek nanoboyuta ulaşabilir (Nayak vd., 2012b).
17
Şekil 3.2. Eriyikten üfleme sistemi ile üretim için şematik görünüm (Tan vd., 2010)
3.4.2. Bikomponent lif üretimi sonrası fibrilasyon ile ayrıĢtırma yöntemi
Bu metot ile nanoliflerin üretimi için ayrıştırılabilen veya çözülebilen bikomponent
lifleri kullanılmaktadır. Nanoliflerin üretiminde bu teknolojinin kullanımı için birçok
yaklaşım ileri sürülmüştür. Üzerinde en çok çalışılan yaklaşım ise standart bir
üretim-çekim işlemi ile deniz-adacık tipi bikomponent liflerin üretimidir (Balcı,
2006). Nanolif üretiminde kullanılan bikomponent liflerin yapısında: PP, PES ve PA
gibi lifler ile daha sonra eriyerek bikomponentten uzaklaşan bir polimer madde
bulunmaktadır. Bikomponent liflerde ―ada-deniz‖ modeline göre, eriyerek ortamdan
uzaklaşan polimer ―deniz‖, geriye kalan ve yaklaşık olarak 300 nm çapa sahip lifler
de ―ada‖ olarak adlandırılmaktadırlar (Kozanoğlu, 2006).
Fibrilasyon yöntemi ile bikomponent olarak üretilen deniz-adacık türü lifler yüksek
basınçlı su jetleri ile işleme tabi tutulurlar. İşlem sonrası adacık olarak nitelendirilen
çok küçük boyuttaki lifçikler birbirinden ayrılırlar (fibriller oluştururlar). Bu şekilde
oluşturulan çok sayıdaki ve küçük boyuttaki lifçikler birbirleri ile sarmallar
oluşturmuş şekilde, Şekil 3.3’te de görülebileceği gibi nano boyutta lif yapılar
oluştururlar.
18
Şekil 3.3. Bikomponent lifler ve fibrilasyon sonucu nanolif eldesi (Anantharamaiah ve ark.,
2008; Yeom ve Pourdeyhimi, 2011)
3.4.3. Elektrostatik lif çekim yöntemi
Elektrostatik lif çekim yöntemi mikro-nano boyutlarda liflerin eldesinde kullanılan
basit, kurulumu ucuz, kolay ve hızlı, farklı polimerlerle de çalışılabilmesine olanak
sağlayan, ticari üretime uygun bir nanolif üretim yöntemidir (Canbolat, 2011a).
Elektrostatik lif çekim sistemi temelde 3 bileşenden oluşmaktadır. Bu bileşenler;
yüksek gerilim güç kaynağı, polimer çözeltisi veya eriyiğinin içinde bulunduğu
besleme sistemi ( kapiler tüp, şırınga) ve topraklanmış toplayıcı yüzeydir (Canbolat
vd., 2011b).
Bu sistemde ilk olarak polimer uygun bir çözücüde çözülerek çözelti hazırlanır.
Hazırlanan çözelti şırıngalara aktarılır ve besleme sisteminde yer alan dozaj
pompasına yerleştirilir. Dozaj pompası istenilen besleme miktarına göre ayarlanır ve
yüksek gerilim kaynağı açılır. Toplayıcı plaka ile besleme sistemi arasına uygulanan
voltaj kritik değere ulaştığında, şırınganın ucunda bulunan çözelti damlacığı jet
halinde ve elektriksel olarak yüklenir ve tam karşısında bulunan topraklanmış
toplayıcı plakaya üzerinde toplanır. Uygulanan elektriksel gerilim, yüzey gerilimini
yenmeden önce ―Taylor Konisi‖ olarak adlandırılan yapı oluşur. Elektrik alan
artırıldığında uygulanan gerilim yüzey gerilimini yener ve koni şeklini alan damlacık
polimer jetlerine ayrılır. Jet toplayıcı levha ile metal iğne ucu arasında ilerlerken
farklı yollar izler. Elektriksel olarak yüklenmiş jet Taylor konisinden çıktıktan sonra
belli bir mesafede kararlı bir haldedir. Daha sonra jette kararsızlık durumu başlar.
19
Bu kararsızlık durumunu polimer çözeltisi ve sistem parametreleri etkiler. Bu
değişkenlere olarak değişebilen üç kararsızlık durumu söz konusudur. Yüklenmiş jet
kararsızlık hallerinden birisini gösterebildiği gibi hepsini de gösterebilir.
Bu kararsızlık durumları;
1) Klasik Rayleigh kararsızlığı,
2) Eksenel simetrik elektrik alan akımlanması,
3) Whipping kararsızlığı olarak açıklanmış ve matematiksel olarak modellenmiştir.
Elektrik alanın düşük olmasından dolayı Rayleigh kararsızlığı oluşur. Elektrik alan
şiddeti artıkça elektriksel kararsızlıklar artmaktadır. Bunun nedeni yük
yoğunluğunun artmasıdır. İlk olarak Rayleigh kararsızlığı bastırılır ve eksen simetrik
iletkenlik kararsızlığı oluşur, yüksek elektrik alan şiddeti altında ise whipping
kararsızlığı daha etkilidir. Oluşan jetler onbinlerce kez çekilmeye uğrayarak,
kıvrılma hareketi yapar ve çözücünün buharlaşmasıyla oldukça büyük oranda incelir
ve toplayıcı üzerinde nano boyutta toplanır (Canbolat vd., 2011b, Tanrıverdi, 2006).
Şekil 3.4’te elektrostatik lif çekim ünitesi görülmektedir (Murugan, 2007). Şekil
3.5’te whipping kararsızlığı ve taylor konisinin oluşumu yer almaktadır.
Elektrostatik lif çekim yöntemine etki eden 3 temel parametre vardır. Çizelge 3.3’te
elektrostatik lif çekimine etki eden faktörlere değinilmiştir. Bunlar;
1. Çözelti Özellikleri
2. Proses Değişkenleri
3. Çevre koşulları (Huang, 2003)
Çizelge 3.3. Elektrostatik lif çekim yöntemine etki eden parametreler (Dinç, 2013)
Çözelti Özellikleri Proses DeğiĢkenleri Çevre KoĢulları
Moleküler ağırlık ve
Viskozite Uygulanan voltaj Sıcaklık
Yüzey gerilimi Çözelti besleme hızı Nem
Elektrik iletkenliği Çözelti sıcaklığı Basınç
Çözücünün dielektrik sabiti Toplayıcı-iğne mesafesi Atmosfer cinsi
20
Çizelge 3.4. Parametrelerin lif yapısına etkisi (Dinç, 2013)
Parametre Lif Yapısına Etkisi
Uygulanan voltaj artarsa Lif çapı başlangıçta artar sonra azalır
Akış hızı artarsa Lif çapı artar (çok fazla akış hızı varsa boncuk
oluşumu gözlenir)
Kapiler ve toplayıcı arası uzaklık
artarsa
Lif çapı azalır.(mesafe çok kısa ise boncuk oluşumu
gözlenir)
Polimer konsantrasyonu artarsa Lif çapı artar.(belli bir aralıkta)
Çözelti iletkenliği artarsa Lif çapı azalır.(geniş çap dağılımı)
Çözücü uçuculuğu artarsa
Yüzeyde gözenekler oluşur ve yüzey alanı genişler.
Şekil 3.4. Elektrostatik lif çekim düzeneğinde liflerin oluşumu (Murugan vd., 2007)
21
Şekil 3.5. Whipping kararsızlığı ve taylor konisi (Güçlü, 2012)
3.5. Nanoliflerin Kullanım Alanları
Elektrostatik lif çekim yöntemi kullanılarak farklı özellikte çeşitlilikte malzeme
üretimi gerçekleştirilebilir. Bunu sağlayan en önemli unsurlardan biri elektrostatik lif
çekim yönteminde çok fazla sayıda polimer ile çalışılabiliyor olmasıdır. Çok sayıda
polimer kullanılması da ürün çeşitliliği açısından avantaj sağlamaktadır. Sayılan
üstün özellikler nedeniyle, elektrosatik lif çekim yöntemiyle elde edilen yapıların
medikal, tarım, inşaat, tekstil, elektronik v.b. gibi farklı alanlarda kullanımları
mümkün olmuştur.
3.5.1. Nanoliflerin kompozit uygulamaları
Nanolifler kullanarak elde edilen yapıların hafif, esnek, sağlam olması nanoliflerin
kompozit alanında yaygın bir şekilde kullanılmasını sağlamıştır (Çakmak, 2011).
Daha çok yeni olan bu alandaki çalışmalar, henüz istenen seviyelerde olmayıp,
çalışmalar uygun nanolif yapıların reçinelerle uygun formda nasıl kürlenebileceği
üzerine yoğunlaşmıştır.
22
Şekil 3.6. Nanolif kullanım alanları (Roco vd., 2000)
3.5.2. Filtrasyon uygulamaları
Günümüzde hızlı bir biçimde doğal su kaynaklarının azalması, sanayileşmenin neden
olduğu kirlilik filtrasyonun önemini artırmaktadır. Filtrasyon sağlamak için
kullanılan lifli yapılar sayesinde yüksek filtrasyon verimliliği, düşük hava direnci
sağlanır. Lif inceliği filtrasyon verimliliğini önemli derecede etkilemektedir. Ayrıca
filtre performansını da etkilemektedir. Geniş yüzey alanı ve gözenekli yapısı
nanolifli yapılar hava, su, kan gibi akışların ve 1 mikrondan küçük parçacıkların
filtrelenmesine imkan sağlamıştır. Küçük partiküller (<0.3μm boyutunda olanlar)
nanolifler tarafından rahatlıkla engellenebilir ve filtrasyon verimliliğini artırabilir.
İlaç sanayisinde, elektronik alanında, ameliyathaneler gibi temizliğin önemli olduğu
alanlarda kirliliğin önem arz ettiği alanlarda kullanılmak üzere tasarlanan hepa
filtrelerin yapımında da nanolifler kullanılmaktadır (Gopal vd., 2006; Qin ve Wang.,
2006).
3.5.3. Biyomedikal uygulamaları
İnsanın doku ve organları nanolif benzeri yapıların içinde olduğu hücreler arası
sıvılar ile çevrili halde bulunmaktadır. Kemik, deri, kıkırdak, kan damarı bir kısım
23
örnekler olarak gösterilebilmektedir. Hücrelerin kendi öz ortamlarında oldukları
hissiyle gelişimlerine imkan sunmaları nanoliflerin biyomedikal alanında çalışma
konusu olmasını sağlamıştır. Gümüş iyonu ve kristalleri antibakteriyel
özelliklerinden dolayı yıllardır tıp alanında kullanım bulmuş, nanoliflere ilave edilen
formda kullanımları gündeme gelmiştir.
Nanolifler, biyomedikal alanda tıbbi protezlerde (yapay kan damarlarında, yapay
organlar), tıp malzemelerinde, kontrollü ilaç salınımında, yara örtücü yüzeylerde, cilt
bakım ürünlerinde, doku iskelelerinde de laboratuar düzeyinde kullanılmaktadırlar
(Canbolat, 2011a). Şekil 3.7’de nanolif içerisinde büyüyen kemik hücreleri
görülmektedir.
Şekil 3.7. Nanolif içerisinde büyüyen fibroblast hücreleri (Canbolat vd., 2011b)
3.5.4. Ġlaç salımı uygulamaları
İlaç salınım sistemleri, fizyolojik veya kimyasal bir tetikleyici vasıtasıyla tedavi
yönetimini kontrol edebilen bir ortam içerisinden özel olarak seçilen vücut bölümüne
ilacın salınmasını sağlayan sistemlerdir. Şekil 3.8’de ilaç salınımı amaçlı nanolif
yüzeyine yer verilmiştir.
24
Şekil 3.8. Elektrostatik lif çekimi yöntemiyle üretilmiş hızlı çözünme sağlayan ilaç salınımı
amaçlı nanolif yüzeyi (Çakmak, 2011)
3.5.5. Nanoliflerin yara örtücü olarak kullanımları
Nanolifler, yaralanma ve yanık tedavisinde yara örtücü olarak kullanılmaktadırlar.
Bu yapıların, oksijen ve hava iletimi gerçekleştirici, anti bakteriyel ve mikrobiyal
özellikte, antifungal ve yüksek emiciliğe sahip olmaları gerekmektedir (Doğan ve
Başal, 2009). Şekil 3.9’da nanoliflerin yara örtüsü uygulaması görülmektedir.
Şekil 3.9. Yara örtüsü olarak kullanılan nanolif uygulaması (Çakmak, 2011)
25
3.5.6. Elektriksel ve optik uygulamalar
Tekstil yüzeylerinde iletkenliğini sağlamak için metalik teller ve ince metalik bantlar
kullanılmaktadır. Metalik teller ile iletkenlik kazandırmak için metalik teller, kumaş
içinde ağ gibi örülür. Bu sayede iletkenlik sağlanmış olur. Elektrik iletkenliğine sahip
polimerler kullanılarak elde edilen nanolifler çeşitli alanlarda kullanım imkanı
bulabilecek niteliktedirler. İletken nanolifler, özellikle, küçük elektronik aletlerin
veya makinelerin imalatında kullanılmaktadırlar (Thavasi vd., 2008;Tong vd., 2012).
3.5.7. Savunma sanayi uygulamaları
Askeri amaçla kullanılacak olan koruyucu giysilerden beklenen, herhangi bir saldırı
durumunda hayatta kalabilme olasılığını en yüksek seviyede tutması, en zor yaşam
koşullarında bile dayanıklı olması, kimyasal ve biyolojik saldırılara karşı dayanıklı
olmasıdır. Nanoliflerden elde edilen yapılar geniş yüzey alanı sayesinde kimyasal
maddenin nötralizasyonunu sağlayabilme potansiyeline sahiptir. Elde edilen yüzey,
diğer yandan, su buharı ve hava geçişine izin verecek tasarıma sahip olacaktır
(Kiekens ve Jayaraman, 2012). Şekil 3.10’da nanoliflerle güçlendirilmiş roket başlığı
görülmektedir.
Şekil 3.10. Savaş sanayine yönelik geliştirilmiş roket mermisinde nanolif uygulaması
(Nanotech, 2014)
3.5.8. Tarımsal uygulamalar
Nanoliflerden elde edilen yüzeylerle bitkilere zarar veren maddelere karşı bitkinin
korunmasını sağlamaktadır. Aynı zamanda zaralılarla mücadele dışında, bitkilerin
ihtiyaç duydukları ilaç ve zirai ürünlerin nanoliflerle kontrollü salınım sonucu
26
bitkilere verilmesi de mümkün olabilmektedir (Wei vd., 2012; Brandelli, 2015).
Şekil 3.11’de nanoliflerin ziraat uygulalamarına örnek verilmiştir.
Şekil 3.11. Bitkinin böceklere karşı korunması için elektrostatik lif çekim yöntemiyle elde
edilmiş örtü (Çakmak, 2011)
3.5.9. Uzay uygulamaları
Karbon içerlikli nanokompozit yapılı nanoliflerin, yüksek mukavemette, düşük
ağırlıkta ve çelikten sağlam olması gibi yapısal özellikleri bu yapıların uzay araç ve
gereklerinde yaygın olarak kullanılmasına imkan sağlamıştır. Cam, karbon, seramik
içeren nanoliflerin uzay yapılarının inşasında kullanılacağı öngörülmektedir. Ayrıca
uzayda kurulan ışık ve güneş panellerinde nanoliflerden elde edilen yapılar
kullanılması gündeme gelen diğer bir konudur (Zhang vd., 2005; Vieira vd., 2005;
Chronakis, 2005).
3.6. Elektrostatik Lif Çekimi Yöntemi ile Nanolif Eldesi
Elektrostatik lif çekim yöntemi nanolif üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır.
Bu sistem temel olarak yüksek gerilim güç kaynağı, besleme ünitesi, topraklanmış
bir toplayıcı olmak üzere 3 temel bileşenden oluşmaktadır. Sistemin çalışma prensibi
yukarıda detaylı bir biçimde anlatılmıştır.
3.6.1. Besleme ünitesi
Elektrostatik lif çekim ünitesinin en önemli unsurlarından birisi besleme ünitesidir.
Besleme ünitesinde esas olan kontrollü besleme hızıyla uygun viskoziteye sahip
polimer çözeltilerinin iğne ucu ya da düse deliklerine belirli bir zaman için kesintisiz
27
olarak beslenmesini temin etmektir. Sistemin hassasiyeti ve farklı besleme hızlarına
cevap verebilmesi çok önemlidir.
3.6.2. Güç kaynağı
Güç kaynağı elektrostatik güç ile nanolif eldesinde hayati öneme sahip bir rol
oynamaktadır. Uygulanan gerilim değerleri çok yüksek düzeylerde olup, düşük
seviyelerde tutulan akım değerleri ile güvenli kullanım mümkün olmaktadır.
Sistemde hem pozitif-negatif yüklü uçlar hem de pozitif-nötr uçlar söz konusu
olabilmektedir.
28
4. MATERYAL METOT
4.1. Materyal
Bu çalışmada biyo uyumluluğu ve biyolojik olarak parçalanma özelliği yüksek poli
(ε - kaprolakton) (PCL) kullanılmıştır. Çözücü olarakta üst kısımda bahsedildiği gibi
DMF ve Kloroform çözücüleri kullanılmıştır. Kullanılan PCL’nin molekül ağırlığı
70.000-90.000 g/mol’dür. Polimer Sigma Aldrich firmasından temin edilmiştir.
Ayrıca imal edilen toplayıcı plakalarla fonksiyonel yüzeylerin eldesi amacıyla bal ve
bazalt lifi kullanılmıştır. Bal Muğla Sıtkı Koçman Üniversitesi Arıcılık ve Çam Balı
Araştırma Uygulama Merkezinden, Bazalt lifleri Spinteks firmasından temin
edilmiştir. Ardunio işletim sistemi, kayış kasnak mekanizması, pleksi glass levha,
polikarbon levha, step motor kullanılmıştır. Yatayda hareket eden toplayıcı plaka
kullanılarak, çimento esaslı kompozitler (ECC) yapımında kullanılmak üzere nanolif
katkılı bazalt lifleri üretilmiştir. Kullanılan bazalt liflerinin özellileri;
Çizelge 4.1. Bazalt liflerinin özellikleri ( Çevik, 2004)
Özellik Değer
Isı Dayanımı -260/680 ᵒC
Filament Çapı 13-20 Mikron
Özgül Ağırlık 2,80 gr/cm3
Elyaf Boyu 3 ~ 100 mm ±10
Nem % 0.2 – 12
Elastisite Modülü 89 Gpa
Kopma Uzaması % 3,5
4.1.2. ÇalıĢma kapsamında deneylerde kullanılan polimer ve çözücüler
hakkında genel bilgi
4.1.3. Polikaprolakton fiziksel ve kimyasal özellikleri
Polikaprolakton (PCL) camsı geçiş sıcaklığı 60C,erime noktası 59-64C arasında
olan yarı kristalin yapıda bulunan monomeri ε-kaprolakton olan bir homopolimerdir.
Sahip olduğu kristalin yapısı ve erime sıcaklığının düşük olması kolay şekil alabilir
29
özellikte olmasını sağlamıştır. 3.000 g/mol’den 100.000 g/mol’e kadar farklı molekül
ağırlığında bulunmaktadır. PCL kloroform, toluen, diklorometan, karbon tetraklorür,
benzen, siklohekzan ve 2-nitropropan gibi çözücülerde oda sıcaklığında yüksek
çözünürlüğe sahiptir. Aseton, 2- butanon, etil asetat, dimetilformamid ve asetonitril
gibi çözücülerde çözünürlüğü düşüktür. Alkol, petrol eteri ve dietil eter gibi
çözücülerde ise çözünme meydana gelmemektedir. (Woodruff vd.,2010). Molekül
ağırlığıyla kristal yapı arasında ters orantı görülmektedir. Kristal yapı artıkça
molekül ağırlığı düşmektedir. Örnek verecek olursak PCL’nin % 40 kristal
haldeyken sahip olduğu molekül ağırlığı 100.000 g/mol iken kristal yapı % 80’e
çıktığında molekül ağırlığı 5.000 g/mol’dür (Langer ve Chasin, 1990).
Çizelge 4.2. Polikaprolaktonun fiziksel özellikleri (Bassi ve ark., 2011)
Yoğunluk (60C) 1,1 g/cm3
Viskozite (100C) 1.500.000 mPa.s
Erime Noktası 59C-64C
Parlama Noktası 275C
Parçalanma Sıcaklığı 200C
4.1.4. Çözücü olarak kullanılan malzemeler
Kloroform: Kloroform, uyuşturucu etkiye sahip, kolay buharlaşabilen, ağır, renksiz
bir kimyasal madde olup kimyasal formülü CHCl3’tür ve triklormetan olarak da
adlandırılır. Kaynama noktası 61 °C, özgül ağırlığı ise 1,48 g/cm³'tür. Kimyasal
işlemlerde yaygın olarak kullanılır. (Anonim 2, 2015)
Dimetilformamid: İyi bir çözgendir. Renksiz ve hafif kokuludur. Sıvı formunda bir
madde olup, N,N-Dimetilformamid olarak adlandırılır. Çözgen olarak özellikle boya
endüstrisi, ilaç endüstrisi ve polimer endüstrisinde kullanılır. Ayrıca lif, film ve
yüzey kaplama maddeleri imalinde de kullanılmaktadır. Su ile her oranda karışmakta
olup, eter, alkol, keton, klorlu ve aromatik hidrokarbonlarda erimektedir. Alev alma
noktası yaklaşık 58ºC’dur. Toksiktir ve uzun süreli nefes yolu ile ya da deri ile
teması halinde ciddi semptomlara neden olabilmektedir (Anonim 3, 2015).
30
4.2. Deney Düzeneği
Nanoliflerin üretimi için ―İğneli Elektrostatik Çekim‖ deney düzeneği kullanılmıştır.
Deney düzeneği 3 ana bölümden oluşmaktadır. Bu bölümler; yüksek voltaj kaynağı,
besleme pompası ve toplayıcı plakadır. Süleyman Demirel Üniversitesi Tekstil
Mühendisliği Bölümü laboratuarında hazır bulunan deney düzeneği kullanılmıştır.
Şekil 4.1, 4.2, 4.3’te elektrostatik lif çekim sisteminin bileşenleri görülmektedir.
Şekil 4.1 Güç kaynağı
Şekil 4.2 Besleme ünitesi
Şekil 4.3 Farklı özellik ve geometride toplayıcı plaka örnekleri
4.3. Metot
4.3.1. PCL nanoliflerin üretimi
Elektrostatik lif çekim işleminin gerçekleştirilmesi için %14’lük PCL polimer
çözeltisi hazırlanmıştır. PCL nanoliflerin üretimi için, öncelikle PCL, %30’luk
Kloroform ve %70 Dimetilformamid içinde, %14’lük PCL konsantrasyonu oda
sıcaklığında, bir gece boyunca manyetik karıştırıcı yardımıyla çözünmüştür.
Çözeltiler 80 gr olarak hazırlanmıştır. Hazırlanan çözelti 10 ml’lik ve 22G 0,70*32
31
mm paslanmaz çelik uçlu bir şırınga içerisine yerleştirilmek sureti ile elektrostatik lif
çekim işlemine tabi tutulmuştur. Üretilen nanolifler farklı geometri ve özellikteki
toplayıcı yüzeyler üzerinde toplanmıştır.
4.3.2. Elektrostatik lif çekim yöntemi ile nanolif çekimi
Hazırlanan polimer çözeltilerinden elektrostatik lif çekim yöntemi ile nanolif
üretmek için Süleyman Demirel Üniversitesi Tekstil Mühendisliği laboratuarlarında
bulunan elektrostatik lif çekim düzeneği (Şekil 4.4) kullanılmıştır. Şırınga içerisinde
polimer çözeltisi bulunmakta olup, bu çözelti güç kaynağından gelen metal elektrotla
temas etmektedir. Yine güç kaynağından gelen bir diğer elektrot ise toplayıcı
plakayla temas etmektedir.
Yapılan deneyler için güç kaynağı olarak Gamma High Voltage Research ES30P-
20W/DAM model güç kaynağı kullanılmıştır.
Besleme sistemi dozaj pompası ve şırıngadan oluşmaktadır. Dozaj pompası olarak
syringe pump firmasına ait kontrollü şırınga pompası kullanılmıştır. Çözeltiler farklı
toplayıcı yüzeyler ve farklı besleme hızlarında elektrostatik çekim işlemi ile nanolif
üretiminde kullanılmıştır. Şırınga iğnesi olarak 22 Gauge 0,70*32 mm paslanmaz
çelik uçlu iğne kullanılmıştır. Toplayıcı plakalar, liflerin yüzeyden kolay toplanması
için alüminyum folyo ile kaplanmıştır. Şekil 4.4’te elektrostatik lif çekim ünitesi
görülmektedir.
Şekil 4.4. Elektrostatik nanolif çekim düzeneği
32
5. ARAġTIRMA BULGULARI
5.1. Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ile Analizler
Yapılan çalışmalar sonucunda, elektrostatik lif çekim yöntemiyle elde edilen
nanoliflerin görüntü ve boyut analizleri, Selçuk Üniversitesi İleri Teknoloji
Araştırma ve Uygulama Merkezinde bulunan şekil 5.1’de gösterilen SEM- ZEİS LS-
10 cihazında yapılmıştır.
Şekil 5.1. SEM- ZEİS LS-10
Bu çalışmada farklı iletkenliğe sahip toplayıcılar; pirinç, bakır, alüminyum ve farklı
şekillere sahip toplayıcılar; dairesel, boşluklu-boşluksuz, farklı boyutlara sahip,
yüzeyi pürüzlü-pürüzsüz gibi tedarik edilmiş ve denemeler yapılmıştır. Denemeler
ile hem nano boyutta hem de makro boyutta değişik form ve dizilimlerde nanolif
yığınları elde edilmiştir. Şekil 5.2’de havuzlu hazneden ilave beslemeli ve havuzsuz
silindirik toplayıcılar, şekil 5.3’te yatayda hareket eden toplayıcı ve şekil 5.4’te
gösterilen iki eksenli salınım hareketi yapan toplayıcı tertibatlar tasarlanmış ve imal
edilmiştir.
Tasarımı yapılan ve imal toplayıcı sistemlerin makine elemanları ve özelliklerine
aşağıda yer verilmiştir.
33
5.2. Havuzlu Hazneden Ġlave Beslemeli ve Havuzsuz Silindirik Toplayıcılar
Şekil 5.2. Havuzlu hazneden ilave beslemeli ve havuzsuz silindirik toplayıcılar
Havuzlu hazneden ilave beslemeli silindirik toplama sistemi;
Step Motor (Nema 17)
Ekran paneli
Farklı çaplarda silindir toplayıcı
İlave beslemeli havuzdan oluşmaktadır.
34
Bu sistemde ekran panelinden dönüş yönü ve dönüş hızı ayarlanmaktadır. İşletim
sistemi kaç devir atılacağını hesaplar step motor sürücüsüne yollar, sürücü dönüş
hızını kontrol eder. İstenilen dönüş hızında motor döner ve kayışlar sayesinde
hareket silindire aktarılır. Havuzlu silindirik toplayıcının havuzsuz sistemden farkı
besleme havuzunun olmasıdır. Her iki çalışmada da aynı makina elemanları
kullanılmıştır. Kullanılan makina elemanlarının özellikleri:
Nema 17 step motorun özelikleri;
Şaft tipi: 5mm "D" tipi
Tur başına adım sayısı: 200
Çalışma akımı: 1200 mA
Çalışma gerilimi: 4V
Tutunma torku: 3.2 kg-cm
Faz direnci: 3.3 Ω
Far başına indüktans: 2.8 mH
Kablo sayısı: 6
Kablo uzunluğu: 30 cm (Anonim 4)
Şekil 5.3. NEMA 17 step motor teknik resim (Anonim 1)
Ekran paneli, Mega 2560 Arduino iĢletim sisteminin özellikleri;
Mikro denetleyici Atmega 2560
Çalışma Gerilimi 5V
Giriş Gerilimi (önerilen) 7-12V
35
Giriş Gerilimi (limit) 6-20V
Dijital I/O Pinleri 54 (15 tanesi PWM çıkışı)
Analog Giriş Pinleri 16
Her I/O için Akım 40 mA
3.3V Çıkış için Akım 50 mA
Flash Hafıza 256 KB 8 KB kadarı bootloader tarafından kullanılmaktadır
SRAM 8 KB
EEPROM 4 KB
Saat Hızı 16 MHz
Uzunluk 101.52 mm
Genişlik 53.4 mm
Ağırlık 37 g’dır (Anonim 5).
Şekil 5.4. Ardunio işletim sistemi (Anonim 2)
Silindir toplayıcılar takılıp çıkarılabilir olacak şekilde 6 mm, 2 cm, 6 cm ve 12 cm
çaplarında imal edilmiştir.(Şekil 3.4.)
Şekil 5.5. Farklı boyutlardaki silindirik toplayıcılar
36
Şekil 5.6. Havuzlu silindirik toplayıcı
Şekil 5.7. Havuzlu silindirik toplayıcı önden görünüm
Şekil 5.8. Havuzlu silindirik toplayıcı yandan görünüm
37
Şekil 5.9. Silindirik toplayıcı teknik resim
Şekil 5.10. 12 cm çapında silindirik toplayıcı teknik resim
Şekil 5.11. 12 cm çapında toplayıcı silindir 3 boyutlu görünüm
38
Havuzlu hazneden ilave beslemeli ve havuzsuz silindirik toplayıcılar, eşzamanlı
üretim ile kompozit yüzeyler eldesine imkan verecek niteliktedir. Eş zamanlı üretim
sayesinde toplayıcı olarak kullanılacak döner silindir yüzeyler bir taraftan içine
batırılmış olduğu sıvı karışımından üzerine alırken diğer taraftan da eş zamanlı
olarak lifleri toplayıcı görevi yapmaktadır. Böylelikle, sıvı karışımından gelen
moleküller (örneğin, protein, enzim vb.) ile nano boyutta üretilecek liflerden oluşan
homojen ve kompozit yapıların eldesi mümkün olabilecektir. İmal edilen bu toplayıcı
sistemle, medikal alanda kullanılmak üzere bal katkılı nanolif içeren yara örtüsü
üretimi çalışması yapılmıştır. Sistemin bir tarafından sulandırılmış bal
püskürtülürken diğer tarafından PCL nanolifleri püskürtülmüştür. Bal kıvamlı yapıda
olduğu için havuzdan beslenmemiş %75 su, % 25 bal olacak şekilde sulandırılarak
PCL nanoliflerinin üzerine sprey edilmiştir. Balın besleme hızı 0,5 ml/h, besleme
sistemiyle toplayıcı arası mesafe 10 cm, uygulanan gerilim 22.5 kV olarak
ayarlanmıştır. PCL çözeltisi ise 1ml/h ile beslenmiş, besleme sistemi ile toplayıcı
arası mesafe 15 cm, uygulanan gerilim 12.5 kV olarak ayarlanmıştır. Bu şekilde bal
katkılı nanolif yapılar üretilmiştir. Çalışma Tıp Fakültesi’nden bir ekiple yapılan bir
çalışma olup, halen uygun formda yara örtüsü eldesi amacıyla devam etmektedir.
5.3. Yatayda Hareket Eden Toplayıcı Plaka
Şekil 5.12. Yatayda hareket eden toplayıcı plaka
İmalatını gerçekleştirdiğimiz yatayda hareket eden toplayıcı yüzey plaka;
Tahrik veren step motor (Nema 14)
Ekran paneli
39
Hareket aktarımı sağlayan kayış kasnak mekanizmasından oluşmaktadır.
Bu sistemde ekran panelinden dönüş yönü ve dönüş hızı ayarlanmaktadır. İşletim
sistemi kaç devir atılacağını hesaplar, step motor sürücüsüne yollar, sürücü dönüş
hızını kontrol eder. Bu ekranda yer alan kumanda sayesinde çalışma hızı
ayarlanabilmektedir. Bu sistem içerisinde yer alan sensörlerle çalışma aralığı
belirlenebilmekte ve sensörlere çarpan plakanın sensör sayesinde dönüş yönü
otomatik olarak belirlenmekte ve böylelikle istenilen mesafelerde çalışma
sağlanmaktadır. Ekran paneli, Mega 2560 Arduino işletim sistemine ait özellik ve
resimler yukarıdaki kısımda verilmiştir.
Makina elemanları içerisinde yer alan Nema 14 Step motor özellikleri;
Çalışma Voltajı: 10V
Faz Başına Çektiği Akım: 500mA @10V
Faz Direnç Değeri: 20 Ohm
Faz Endüktans Değeri: 13.5 mH
Adım Açısı: 1.8°
Tur Başına Adım Sayısı: 200
Tutunma Torku: 1 kg-cm
Ölçüler: 35x35x28mm (NEMA 14)
Motor Mil Kalınlığı: 5mm
Kablo Uzunluğu: 25cm
Ağırlık: 140g
Uzunluk 28mm. Motor mili 21mm, mil kalınlığı 5mm’dir. ( Anonim 6)
Şekil 5.13. NEMA 14 step motor teknik resim (Anonim 3)
40
Şekil 5.14. Yatayda hareketli toplayıcı teknik çizim
Şekil 5.15. Yatayda hareketli toplayıcı mekanizması
Şekil 5.16. Yatayda hareket eden toplayıcı yüzey
41
Yatayda hareket eden toplayıcı sistem kullanılarak, çimento esaslı kompozitler
(ECC) yapımında kullanılmak üzere nanolif katkılı bazalt lifleri üretilmiş ve
Süleyman Demirel Üniversitesi Teknoloji Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümünde
numunelerin analizleri gerçekleştirilmiştir. Farklı gramajlardaki bazalt liflerine,
%14’lük PCL çözeltisi %2, %2,5, %3, %6 oranlarında olacak şekilde püskürtülerek
nanolifle kaplanmıştır. Bu çalışmada amaç, nanolif yapıların sahip olduğu geniş
yüzey alanı, hafiflik, esneklik, sağlamlık özelliklerinin bazaltla elde edilen değerlerin
iyileştirilmesi ve çoklu çatlak oluşumunun sağlanması için kullanımıdır. Üretilen
numuneler çimento ve ilave katkılarla birleştirilip, karılarak kalıplar dökülmüştür. 28
gün kalıpta duran numuneler çekme-basma ve eğilme testlerine tabi tutulmuştur.
Sonrasında, SEM analizi ile lif çimento ara yüzeyleri ve temas noktalarındaki
davranışları anlaşılmaya çalışılmıştır.
5.4. Ġki Eksenli Hareket Edebilen ve Salınım Yapan Toplayıcı Tertibat
Şekil 5.17. İki eksenli hareket edebilen ve salınım yapan toplayıcı tertibat
Bu sistemde Nema 17 Step Motor, Mega 2560 arduino işletim sistemi kullanılmıştır
(Step motor ve işletim sistemine ait özellik ve resimler yukarıdaki kısımda
verilmiştir).
42
Şekil 5.18. İki eksenli hareket edebilen ve salınım yapan toplayıcı
Bir diğer çalışmada farklı özellik ve geometriye sahip toplayıcı plakalar ile
çalışılmıştır. Çalışılan bu toplayıcı plakalar şekil 5.19 ve şekil 5.20’de gösterilmiştir.
Hazırlanan %14’lük PCL polimer çözeltisi şekillerde görülen toplayıcı plakalar
üzerinde toplanmıştır. Elde edilen nanoliflerin SEM görüntüleri alınarak farklı yapı
ve özelliklerde bulunan toplayıcı plakaların lif morfolojisi üzerindeki etkileri
karşılaştırılmıştır. SEM altında incelenen PCL çözeltisinden elde edilen
mikrograflara ve elde edilen lif çaplarına yer verilmiştir.
Toplayıcı Plaka SEM Görüntüsü Alüminyum levha üzeri yağlı kağıt, Lif Çapı:93±39
Boyut:25cm*25cm
43
Mikro delikli metal tel ızgara toplayıcı, Lif Çapı: 93±46
Çap:23 cm
BoĢluklar arası mesafe: 1mm
Delikli helisel toplayıcı, Lif Çapı:114±31
Çap:13
Heliseller arası mesafe:0.5 cm
Sivri uçlu dairesel toplayıcı, Lif Çapı:117±43
Çap:14 cm
Yükseklik:5 cm
44
Sivri uçlu döner toplayıcı, Lif Çapı: 84±33
Çap:5 cm
Toplayıcılar arası mesafe: 2 cm
Kıvrımlı Sivri Uçlu Dairesel Toplayıcı, Lif Çapı: 113±35 nm
Çap:9.5 cm
KarĢılıklı elektrotlar düzenine sahip toplayıcı, Lif Çapı:74±37 nm
Çap:13 cm
Çubuklar arası mesafe: 4 cm
45
Kıvrımlı delikli düz toplayıcı, Lif Çapı:119±33 nm
Boyut:17cm*17cm*1.5cm
BoĢluklar arası mesafe: 2cm
Sivri uçlu dörtgen toplayıcı, Lif Çapı:133±33 nm
Boyut:4.5*12.5*4.5
Ortası delik metal levha toplayıcı, Lif Çapı:124±28 nm
Boyut:16cm*16cm
46
Mikro delikli plastik ızgara toplayıcı, Lif Çapı:133±31 nm
Boyut:20*20
Delikler arası mesafe:1 mm
Makro delikli plastik ızgara toplayıcı, Lif Çapı:104±34 nm
Boyut:30cm*30cm*0,3cm
BoĢluklar arası mesafe:2.5 cm
Şekil 5.19. Farklı geometriye sahip toplayıcı plakalar ve SEM görüntüleri
47
Alüminyum plaka toplayıcı, Lif Çapı:119±35
Boyut:25cm*25cm *0,1cm
Bakır plaka toplayıcı, Lif Çapı: 105±29
Boyut:25cm*25cm*0,1cm
Pirinç plaka toplayıcı, Lif Çapı:79±26
Boyut:25cm*25cm*0,1cm
Şekil 5.20. Farklı malzemelerden üretilmiş toplayıcı plakalar ve SEM görüntüleri
48
6. SONUÇ VE ÖNERİLER
İmage J programı kullanılarak liflerin ortalama çapı ve standart sapma değerleri
bulunmuştur. Her bir toplayıcının SEM görüntülerinin farklı noktalarından 50’şer
adet çap ölçümü yapılmıştır. Elde edilen değerler analiz edilmiştir.
Farklı geometrideki toplayıcılarla yapılan çalışma, geometrinin lif çapı ve dizilimi
üzerinde etkisi olduğunu göstermiş ve fakat ciddi bir optimizasyon çalışması ile
geometri ile lif morfolojisi arasında rasyonel bir bağlantı kurulabilmesinin mümkün
olacağını bize göstermiştir. Tüm denemeler içinde en üniform lif formu delikli
helisel toplayıcı ile elde edilirken, en ince lif formuna karşılıklı elektrotlar düzenine
sahip toplayıcıda ulaşılmıştır. Hemen tüm denemelerde elde edilen ince ve kalın
nanolifler değişik uygulamalar için, özellikle izolasyon ve filtrasyon, kullanılabilecek
nitelikte bir özellik sergilemiştir.
Sivri uçlu döner toplayıcı ile elde edilen lif konfigürasyonu da üzerinde durulmaya
değer bir dizilim ortaya koymuştur. Elde edilen yapı hem boşluklu oluşu hem de
düzgün sıralı bir yapı görüntüsü vermesi itibarı ile üzerinde çalışılarak daha da
iyileştirilebilir ve medikal kullanım amacıyla tercih edilebilir bir yapı izlenimi
vermiştir. Makro delikli plastik ızgara yapı, SEM görüntüsü olarak çok anlamlı bir
görüntü vermemiş olmakla beraber makro boyutta, boşluklu yapıların şeklini alan
nanolif yığınları desenli bir görünüm eldesini mümkün kıldığından denenecek
numuneler arasında yer almasına karar verilmiştir. Alüminyum levha üzerinde
kullanılan yağlı kağıt toplayıcı, elektrostatik lif çekimi sonrası nanolif yığınlarının
alüminyum folyoya göre daha rahat şekilde ayrılabilmesini sağlamaktadır. Elde
edilen SEM görüntüleri ile bu kullanımın nanolif morfolojisini olumsuz
etkilemediğinin anlaşılması mümkün olmuştur.
Deneme numuneleri içinde en beklenmedik ve kötü denilebilecek nanolif eldesi
kıvrımlı delikli düz toplayıcı ile gerçekleştirilmiştir. Bu durum yüzey üzerindeki
girinti çıkıntıların elektrik alanı olumsuz etkilemesi nedeniyle oluşmuş bir durum
olduğu şeklinde izah edilebilir.
49
Farklı malzemelerden mamul toplayıcı plakalar ile yapılan denemeler ile
malzemelerdeki elektrik iletkenlik farklılığının lif dizilimi ve çapı üzerindeki etkisi
anlaşılmaya çalışılmıştır. Bu çalışmalar neticesinde numuneler içinde en iyi sonucu
bakır toplayıcı plakanın verdiği anlaşılmıştır. Bu durum elektrik iletkenlik değeri iyi
olan metal toplayıcılar ile daha düzgün nanolif yapıların elde edilebileceği sonucunu
vermiştir. Elde edilen lif çaplarında çok ciddi bir farklılık oluşmadığı gözlenmiştir.
Pirinç toplayıcı plaka ile elde edilen nanoliflerin daha boşluklu bir yapı sergiledikleri
ve malzeme türü değiştirilmek sureti ile farklı dizilimlerin eldesinin mümkün
olabileceği araştırma ekibince değerlendirilmiştir. İlerleyen zamanlarda daha
kapsamlı denemelerin yapılması kararlaştırılmıştır.
Havuzlu hazneden ilave beslemeli ve havuzsuz silindirik toplayıcılar, eşzamanlı
üretim ile kompozit yüzeyler eldesine imkan verecek niteliktedir. Eş zamanlı üretim
sayesinde toplayıcı olarak kullanılacak döner silindir yüzeyler bir taraftan içine
batırılmış olduğu sıvı karışımından üzerine alırken diğer taraftan da eş zamanlı
olarak lifleri toplayıcı görevi yapmaktadır. Böylelikle, sıvı karışımından gelen
moleküller (örneğin, protein, enzim vb.) ile nano boyutta üretilecek liflerden oluşan
homojen ve kompozit yapıların eldesi mümkün olabilecektir. İmal edilen bu toplayıcı
sistemle, medikal alanda kullanılmak üzere bal katkılı nanolif içeren yara örtüsü
üretimi çalışması yapılmıştır. Çalışma Tıp Fakültesi’nden bir ekiple yapılan bir
çalışma olup, halen uygun formda yara örtüsü eldesi amacıyla devam etmektedir. Bu
tarz bir yara örtüsünün hem hastada konforu arttırıcı hem de yaranın hızlı şekilde
iyileşmesini sağlayabileceği öngörülmektedir. Geliştirilen yara örtülerinin gerekli
izinler alınarak hayvan deneylerinde kullanımı ve analizlerinin yapılması ilerleyen
zamanlarda yapılması planlanan aşamalardır.
Yatayda hareket eden toplayıcı sistem kullanılarak, çimento esaslı kompozitler
(ECC) yapımında kullanılmak üzere nanolif katkılı bazalt lifleri üretilmiştir. Bu
çalışmada amaç, nanolif yapıların sahip olduğu geniş yüzey alanı, hafiflik, esneklik,
sağlamlık özelliklerinin bazaltla elde edilen değerlerin iyileştirilmesi ve çoklu çatlak
oluşumunun sağlanması için kullanımıdır. Üretilen numuneler çimento ve ilave
katkılarla birleştirilip, karılarak kalıplar dökülmüştür. 28 gün kalıpta duran
numuneler çekme-basma ve eğilme testlerine tabi tutulmuştur. Sonrasında, SEM
analizi ile lif çimento ara yüzeyleri ve temas noktalarındaki davranışları anlaşılmaya
50
çalışılmıştır. Deney sonuçları, nanolif katkılı bazaltların nanolif katkısız bazaltlara
göre daha iyileşmiş değerler verdiğini, özellikle eğilme testi sonuçları için, ortaya
koymuştur. Ne var ki, çoklu çatlak oluşumu için beklenilen iyileştirmeler elde
edilememiştir.
Salınım yapan toplayıcı plaka ise, daha çok, farklı yönlere lif püskürtme eğilimindeki
elektrostatik lif çekim ünitesinden çıkan nanoliflerin verimli biçimde toplanmasına
imkan verecek niteliktedir. Bu toplayıcı düzenek aynı zamanda toplayıcı üzerine
düşen nanoliflerin tek bir noktada toplanmasının önüne geçmekte olup, farklı
noktalara toplanmaya imkan vermesi ile daha kontrollü bir ürün eldesine imkan
verecek özelliktedir.
51
EKLER
52
BĠLĠM SANAYĠ TEKNOLOJĠ BAKANLIĞI
2015 YILI 2. DÖNEM
TEKNOGĠRĠġĠM SERMAYESĠ DESTEĞĠ BAġVURUSU
“ELEKTROSTATĠK ALAN ve MERKEZKAÇ KUVVETĠ
ile NANOLĠF ÜRETĠM TERTĠBATLARI TASARIM,
ĠMALAT ve PAZARLAMASI”
BaĢvuru Sahibi: MÜLAZIM ĠPEK
53
Tekstil ve konfeksiyon sektörü gerek ihracat rakamları gerekse istihdam açısından
ekonominin lokomotifi konumundadır. Fakat sektörde yüksek katma değerli
ürünlerin payı çok düşük bir seviyededir. Bunun artırılması için konvansiyonel
(geleneksel) tekstilden teknik tekstillere geçilmesi gerekmektedir. Son yıllarda hızlı
bir şekilde gelişen nanoteknoloji akımının tekstildeki ayağı olan nanolifler medikal,
ilaç, enerji, çevre, tarım, uzay, savunma, elektronik gibi alanlarda yaygın bir şekilde
kullanılmaya aday olup yüksek katma değerli ürünlerin üretilmesine imkan
sağlayacak potansiyelde olarak değerlendirilmektedir. Teknogirişim Sermayesi
Desteği kapsamında 1146.TGSD.2015-2 nolu projemiz desteklenmeye değer
bulunmuş ve Nanolet Tekstik Makine Kompozit Medikal Eğitim Danışmanlık Gıda
Sanayi ve Ticaret Ltd. Şti kurulmuştur. Şirketimizin kuruluş amacı, nanolif
üretiminde kullanılan tertibatları yerli kaynaklarla imal edip, daha da geliştirmek ve
yeni yöntemlerle çalışacak mekanizmaları tasarlamak ve pazarlamak üzerinedir. Bir
diğer amacı ise, nanolif üretiminde karşılaşılan bazı sorunlara çözüm bulmak,
mevcut sistemleri geliştirmek ve bu konuda ihtiyaç duyan yerli ve yabancı
araştırmacı ve üreticilere danışmanlık yapmak şeklindedir. Çalışmalarımızın alt
başlık olarak da, eş zamanlı üretim, özel olarak tasarlanan sistemler, ileri düzey
besleme ve toplayıcı üniteler geliştirilmesi ve lif özelliklerinin iyileştirilmesi üzerine
çalışmalar yapılması ve piyasaya yetişmiş eleman gücü sağlanması amaçlar
arasındadır. Elektrostatik lif çekim ünitesine yönelik, besleme ünitesi ve pompası,
gerilim kaynağı, toplayıcı yüzey gibi temel üretim bileşenlerini ve içerisinde nanolif
üretimi yapılacak kabini tamamen kendine has, orjinal bir tasarımla imal edip,
sonrasında esnek üretime imkan verecek şekilde tamamlamak bu iş fikrinin hedefleri
arasındadır. Diğer yandan, oldukça yeni bir nanolif üretim şekli olan merkezkaç
kuvveti ile elektromekanik lif üretimi konusunda bir ünite tasarlanması ve imalatı bu
iş fikrinin diğer bir çıktısı olarak planlanmaktadır. Söz konusu ünite ile çok yüksek
hızlarda dönen bir motor miline bağlı besleme haznesinden etrafa yayılan polimerik
nanolifler toplanmaktadır. Bahsi geçen ünite için, motor, besleme haznesi, toplayıcı
yüzey, kabin ve elektronik aksamlar gerekmekte olup, ilgili bileşenlerin en ideal
şekilde ayarlanıp, tedarik edilerek, piyasada mevcut olan sistemlere alternatif şekilde
yerli üretim olarak sunulması arzu edilmektedir. Yerli üretim olması ve teknolojik
gelişmelere uygun bir çalışma olması iş fikrimizin ortaya çıkmasında etkili olmuştur.
Şirketimiz ve Bilim Sanayi Teknoloji Bakanlığında arasında sözleşme imzalanmıştır.
54
Sayın Mülazım İPEK
Süleyman Demirel Üniversitesi Tekstil Mühendisliği Bölümü
Yüksek eğitimli ve nitelikli gençlerin teknoloji ve yenilik odaklı iş fikirlerini katma
değer ve nitelikli istihdam yaratma potansiyeli yüksek teşebbüslere
dönüştürebilmelerini teşvik etmek üzere girişimcilere yönelik destek
mekanizmalarından olan Tekno giriĢim Sermayesi Desteği Programı kapsamında
Bakanlığımıza sunmuş olduğunuz iş fikriniz Değerlendirme Komisyonu tarafından
desteklenmeye değer bulunmuştur. Anılan destek programından faydalanabilmeniz
için tüzel kişilik kazanmanız ve sonrasında Bakanlığımız ile sözleşme imzalamanız
gerekmektedir.
55
KAYNAKÇA
Anantharamaiah, N., Verenich, S., & Pourdeyhimi, B. (2008). Durable
nonwoven fabrics via fracturing bicomponent islands-in-the-sea filaments. Journal of
Engineered Fibers and Fabrics, 3 (3), 1-9.
Andrady, A.L. 2008. Science and Technology of Polymer Nanofibers. Wiley
Pres., New Jersey. 403 p.
Anton, F. (1934). U.S. Patent No. 1,975,504. Washington, DC: U.S. Patent
and Trademark Office.
Baji, A., Mai, Y. W., Wong, S. C., Abtahi, M., & Chen, P. (2010).
Electrospinning of polymer nanofibers: effects on oriented morphology, structures
and tensile properties. Composites science and technology, 70 (5), 703-718.
Balcı, H., 2006. Akıllı (Fonksiyonel) Tekstiller; Seçilmiş Kumaşlarda
Antibakteriyel Apre ve Performans Özellikleri. ÇÜ, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek
Lisans Tezi, 271s, Adana.
Bassi, A. K., Gough, J. E., Zakikhani, M., & Downes, S. (2011). The
Chemical and Physical Properties of Poly (ε-caprolactone) Scaffolds Functionalised
with Poly (vinyl phosphonic acid-co-acrylic acid). Journal of tissue engineering, 2
(1).
Bhattarai, N., Edmondson, D., Veiseh, O., Matsen, F. A., & Zhang, M.
(2005). Electrospun chitosan-based nanofibers and their cellular compatibility.
Biomaterials, 26 (31), 6176-6184. Poly (vinyl phosphonic acid-co-acrylic acid).
Journal of Tissue Engineering, 2011, 615328.
Blakeney, B. A., Tambralli, A., Anderson, J. M., Andukuri, A., Lim, D. J.,
Dean, D. R., & Jun, H. W. (2011). Cell infiltration and growth in a low density,
uncompressed three-dimensional electrospun nanofibrous scaffold. Biomaterials, 32
(6), 1583-1590
Brandelli, A. (2015). Nanobiotechnology Strategies for Delivery of
Antimicrobials in Agriculture and Food. In Nanotechnologies in Food and
Agriculture (pp. 119-139). Springer International Publishing.
Canbolat, M. F. (2011a). Functional Electrospun Nanofibers for Biocatalysis
and Tissue Engineering. North Carolina State University.
Canbolat, M., F., Tang, C., Bernacki, S. H., Pourdeyhimi, B., & Khan, S.
(2011b). Mammalian cell viability in electrospun composite nanofiber structures.
Macromolecular bioscience, 11 (10), 1346-1356.
Celep, Ş., 2007. Nanoteknoloji ve Tekstilde Uygulama Alanları. Çukurova
Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 182s, Adana.
56
Chronakis, I. S. (2005). Novel nanocomposites and nanoceramics based on
polymer nanofibers using electrospinning process—a review. Journal of Materials
Processing Technology, 167 (2), 283-293.
Chung, S., Moghe, A. K., Montero, G. A., Kim, S. H., & King, M. W. (2009).
Nanofibrous scaffolds electrospun from elastomeric biodegradable poly (L-lactide-
co-ε-caprolactone) copolymer. Biomedical Materials, 4 (1), 015019.
Çakmak S, (2011) Nanobülten Aylık Nanoteknoloji ve Nanotıp Bilim Dergisi
Sayı: 14 Eylül, 12-20.
Çevik, N. (2014). Bazalt elyafların beton yollarda kullanılabilirliği (Doctoral
dissertation, Pamukkale Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü).
Dabney, S. E. (2002). The use of electrospinning technology to produce
wound dressings. UMI
Dinç, H. (2013). Polivinil borat sentezin; elektrospin yöntemiyle nanofiber
hazırlanması ve karakterizasyonu (Doctoral dissertation, Selçuk Üniversitesi Fen
Bilimleri Enstitüsü)
Doğan, G., & Başal, G. (2009). Elektrolif Çekim Yöntemine Göre Elde
Edilen Biyopolimer Nanoliflerin İlaç Salınım Sistemleri, Yara Örtüsü ve Doku
İskelesi Olarak Kullanımları. Tekstil Teknolojileri Elektronik Dergisi, 3 (2), 58-70.
Düzyer, Ş. (2009). Nanoliflerin yüzey özelliklerinin incelenmesi (Yüksek
lisans tezi, Uludağ Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü)
Fennessey, S. F., & Farris, R. J. (2004). Fabrication of aligned and
molecularly oriented electrospun polyacrylonitrile nanofibers and the mechanical
behavior of their twisted yarns. Polymer, 45 (12), 4217-4225.
Foster, L. E. (2005). Nanotechnology: science, innovation, and opportunity.
Prentice Hall PTR.
Gemci, R., Yener F. ve Solak, H., 2011. Uygulanan Voltaj Değeri ile Pvb
Nanolif Çapı Arasındaki İlişki. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi
Mühendislik Dergisi, 14 (1), 31-34.
Gopal, R., Kaur, S., Ma, Z., Chan, C., Ramakrishna, S., & Matsuura, T.
(2006). Electrospun nanofibrous filtration membrane. Journal of Membrane Science,
281 (1), 581-586.
Güçlü, S. (2012). İki Farklı Polimerden Simultane Olarak Elektrospinning
Yöntemiyle Nanolif Ve Membran Üretimi (Doctoral dissertation, Fen Bilimleri
Enstitüsü).
Huang, Z. M., Zhang, Y. Z., Kotaki, M., & Ramakrishna, S. (2003). A review
on polymer nanofibers by electrospinning and their applications in
nanocomposites. Composites science and technology, 63 (15), 2223-2253.
57
Jahangiri, S. (2014) Elektro Lif Çekim Parametrelerinin Poliüretan Nanolif
Çapı ve Lif Morflojsi Üzerine Etkisinin İncelenmesi.
Katta, P., Alessandro, M., Ramsier, R. D., & Chase, G. G. (2004). Continuous
electrospinning of aligned polymer nanofibers onto a wire drum collector. Nano
letters, 4 (11), 2215-2218.
Kiekens, P., & Jayaraman, S. (2012). Intelligent textiles and clothing for
ballistic and NBC protection: technology at the cutting edge. Springer Science &
Business Media.
Kim, C. H., Jung, Y. H., Kim, H. Y., Lee, D. R., Dharmaraj, N., & Choi, K.
E. (2006). Effect of collector temperature on the porous structure of electrospun
fibers. Macromolecular Research, 14 (1), 59-65.
Kim, H. S., Kim, K., Jin, H. J., & Chin, I. J. (2005, April). Morphological
Characterization of Electrospun Nano‐Fibrous Membranes of Biodegradable Poly
(L‐lactide) and Poly (lactide‐co‐glycolide). In Macromolecular Symposia (Vol. 224,
No. 1, pp. 145-154). WILEY‐VCH Verlag.
Kongkhlang, t., tashiro, k., kotaki, m., & chirachanchai, s. (2008).
Electrospinning as a new technique to control the crystal morphology and molecular
orientation of polyoxymethylene nanofibers. Journal of the american chemical
society, 130 (46), 15460-15466.
Kozanoğlu, G., 2006. Elektrospinning Yöntemi ile Nanolif Üretim
Teknolojisi. İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans
Tezi, 148s, İstanbul.
Ku, S. H., Lee, S. H., & Park, C. B. (2012). Synergic effects of nanofiber
alignment and electroactivity on myoblast differentiation. Biomaterials, 33 (26),
6098-6104.
Kumar, P. (2012). Effect of colletor on electrospinning to fabricate aligned
nano fiber (Doctoral dissertation).
Langer, R., & Chasin, M. (1990). Biodegradable polymers as drug delivery
systems.
Li, D., & Xia, Y. (2004). Electrospinning of nanofibers: reinventing the
wheel?.Advanced materials, 16(14), 1151-1170.
Li, Z., & Wang, C. (2013). Effects of working parameters on electrospinning.
Inone-Dimensional Nanostructures (pp. 15-28). Springer Berlin Heidelberg.
Liu, h., & hsieh, y. L. (2002). Ultrafine fibrous cellulose membranes from
electrospinning of cellulose acetate. Journal of polymer science part b: polymer
physics, 40 (18), 2119-2129.
58
Matthews, j. A., wnek, g. E., simpson, d. G., & bowlin, g. L. (2002).
Electrospinning of collagen nanofibers. Biomacromolecules, 3 (2), 232-238.
Murugan, R., Ramakrishna, S., Design Strategies of Tissue Engineering
Scaffolds with Controlled Fiber Orientation, Tissue Engineering, 2007, Vol: 13,
1845-1866
Nayak, R., Padhye, R., Kyratzis, I. L., Truong, Y., & Arnold, L. (2011a).
Recent advances in nanofibre fabrication techniques. Textile Research Journal,
0040517511424524.
Nayak, R., Padhye, R., Arnold, L., Kyratzis, I. L., Truong, Y. B., Peeters, G.,
... & O'Shea, M. (2012b, November). Mechanism of nanofibre fabrication by
meltblowing. In Applied Mechanics and Materials (Vol. 217, pp. 207-212).
Neves, N. M., Campos, R., Pedro, A. J., Cunha, J., Macedo, F., & Reis, R. L.
(2007). Patterning of polymer nanofiber meshes by electrospinning for biomedical
applications.
Nıe, H., A. He, j. Zheng, S. Xu, j. Lı, C.C. Han. 2008. Effects of chain
conformation and entanglement on the electrospinning of pure alginate.
Biomacromolecules, 9 (5):1362-1365.
NPs, T. C. O., Guidance, M., Fins, M., Nanocomposite, P. C., Rocket, N. A.,
& Nano-antenna, C. Nanotech., 2014.
Özer Y., 2008, T. Y. A. B. Nanobilim ve Nanoteknoloji: Ülke
Güvenliği/Etkinliği Açısından Doğru Modelin Belirlenmesi.
Qin, X. H., & Wang, S. Y. (2006). Filtration properties of electrospinning
nanofibers. Journal of Applied Polymer Science, 102 (2), 1285-1290.
R. Jiri, p. Marek, v. Vladimir, aligned nano fiber deposition onto a
apatterened rotating drum collector by electrospinning, brno, czech republic, eu,
(2011)
Ramakrishna, S., Fujihara, K., Teo, W. E., Lim, T. C., & Ma, Z. An
introduction to electrospinning and nanofibers. 2005. Singapura: World Scientific
Publishing Company.
Reneker, D. H., & Chun, I. (1996). Nanometre diameter fibres of polymer,
produced by electrospinning. Nanotechnology, 7 (3), 216.
Roco, M. C., Williams, R. S., & Alivisatos, P. (2000). Nanotechnology
Research Directions: IWGN Workshop Report: Vision for Nanotechnology in the
Next Decade. Springer Science & Business Media.
59
Rošic, R., Kocbek, P., Baumgartner, S., & Kristl, J. (2011). Electro-spun
hydroxyethyl cellulose nanofibers: the relationship between structure and
process. Journal of Drug Delivery Science and Technology, 21 (3), 229-236.
Russell, S. (Ed.). (2006). Handbook of nonwovens. Woodhead Publishing.
Shin, Y.M., Hohman, M.M., Brenner, M.P. And rutledge, g.c., 2001.
Experimental characterization of electrospinning: the electrically forced jet and
ınstabilities, polymer, 42, 9955-9967.
Sill, T. J. ve Recum H. A. (2008). Electrospinning: Applications in drug
delivery and tissue engineering. Biomaterials, 29, 1989-2006.
Stanger J, Tucker N and Staiger M ―(2005) Electrospinning‖ Rapra Review
Reports, 3-5.
Subbiah, T., Bhat, G. S., Tock, R. W., Parameswaran, S., & Ramkumar, S. S.
(2005). Electrospinning of nanofibers. Journal of Applied Polymer Science,96 (2),
557-569.
Sundaray B, Subramanian V, Natarajan TS, Xiang RZ, Chang CC, Fann WS.
Electrospinning of continuous aligned polymer fibers. Appl Phys Lett2004;84:1222-
4.
Sutasinpromprae, J., Jitjaicham, S., Nithitanakul, M., Meechaisue, C., &
Supaphol, P. (2006). Preparation and characterization of ultrafine electrospun
polyacrylonitrile fibers and their subsequent pyrolysis to carbon fibers. Polymer
International, 55 (8), 825-833.
Tan, D. H., Zhou, C., Ellison, C. J., Kumar, S., Macosko, C. W., & Bates, F.
S. (2010). Meltblown fibers: Influence of viscosity and elasticity on diameter
distribution. Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics, 165 (15), 892-900.
TANRIVERDİ, S. (2006). Production of Alumina Borosilicate Ceramic
Nanofibers by using Electrospinning Technique and its Characterization(Doctoral
dissertation, MIDDLE EAST TECHNICAL UNIVERSITY).
Teo, W. E., & Ramakrishna, S. (2006). A review on electrospinning design
and nanofibre assemblies. Nanotechnology, 17 (14), R89.
Thavasi, V., Singh, G., & Ramakrishna, S. (2008). Electrospun nanofibers in
energy and environmental applications. Energy & Environmental Science, 1 (2), 205-
221.
Theron, A., Zussman, E., & Yarin, A. L. (2001). Electrostatic field-assisted
alignment of electrospun nanofibres. Nanotechnology, 12 (3), 384.
Tong, L., Zi, F., Guo, X., & Lou, J. (2012). Optical microfibers and
nanofibers: A tutorial. Optics Communications, 285 (23), 4641-4647.
60
Vieira, R., Bastos-Netto, D., Ledoux, M. J., & Pham-Huu, C. (2005).
Hydrazine decomposition over iridium supported on carbon nanofibers composite for
space applications: near actual flight conditions tests. Applied Catalysis A: General,
279 (1), 35-40.
Wang, X., Um, I. C., Fang, D., Okamoto, A., Hsiao, B. S., & Chu, B. (2005).
Formation of water-resistant hyaluronic acid nanofibers by blowing-assisted electro-
spinning and non-toxic post treatments. Polymer, 46 (13), 4853-4867.
Wang, Y., Wang, G., Chen, L., Li, H., Yin, T., Wang, B., ... & Yu, Q. (2009).
Electrospun nanofiber meshes with tailored architectures and patterns as potential
tissue-engineering scaffolds. Biofabrication, 1 (1), 015001.
Woodruff, m.a., hutmacher, d.w., 2010. The return of a forgotten polymer
polycaprolactone in the 21st century, progress in polymer science, 35, 1217-1256
Yee, W. A., Nguyen, A. C., Lee, P. S., Kotaki, M., Liu, Y., Tan, B. T., ... &
Lu, X. (2008). Stress-induced structural changes in electrospun polyvinylidene
difluoride nanofibers collected using a modified rotating disk. Polymer, 49 (19),
4196-4203.
Yeom, B. Y., & Pourdeyhimi, B. (2011). Aerosol filtration properties of
PA6/PE islands-in-the-sea bicomponent spunbond web fibrillated by high-pressure
water jets. Journal of materials science, 46 (17), 5761-5767.
Yıldırım, D., Öktem, T., & Seventekin, N., 2004, Nanolifler. Tekstil ve
Konfeksiyon, 14, 7-10.
Yousefzadeh, M., Latifi, M., Teo, W. E., Amani‐Tehran, M., & Ramakrishna,
S. (2011). Producing continuous twisted yarn from well‐aligned nanofibers by water
vortex. Polymer Engineering & Science, 51(2), 323-329.
Zhang, G., Kataphinan, W., Teye-Mensah, R., Katta, P., Khatri, L., Evans, E.
A., ... & Reneker, D. H. (2005). Electrospun nanofibers for potential space-based
applications. Materials Science and Engineering: B, 116 (3), 353-358.
ĠNTERNET KAYNAKLARI
Anonim 1 Bilgesam, Nanoteknoloji: Beklenenen Sanayi Devrimi,
http://www.bilgesam.org/ımages/haberler/haberlerdiger/nanotakdim.pdf/, (Erişim
Tarihi: 05.10.2015).
Anonim 2 https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/chloroform, (Erişim
Tarihi: 25.10.2015).
Anonim 3 https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/n_n-
dimethylformamide#section=Vapor-Pressure, (Erişim Tarihi: 07.09.2015).
Anomim 4 http://www.robotistan.com/bipolar-nema-11-200-adim-
28x32mm-38v-step-motor (Erişim Tarihi: 08.02.2016)
61
Anomim 5 https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardMega2560
(Erişim Tarihi: 10.02.2016)
Anomim 6 http://www.robotistan.com/bipolar-nema-14-200-adim-35x28mm-
10v-step-motor
(Erişim Tarihi: 10.02.2016).
62
ÖZGEÇMĠġ
Adı Soyadı: Mülazım İpek
Doğum Yeri Ve Yılı : Uğurludağ/1990
Medeni Hali : Bekar
Yabancı Dili : İngilizce
Eğitim Durumu (Kurum Ve Yıl)
Lise: İskilip Anadolu Lisesi (2005-2009)
Lisans: Süleyman Demirel Üniversitesi, Mühendislik
Fakültesi, Tekstil Mühendisliği Bölümü , (2009-20013)
Proje ÇalıĢmaları
1.Uluslar Arası Sürdürülebilir Kompozit Teknolojileri Konferansı Teknik Komite
Üyeliği (SucoTech 2014
Utib Uluslararası 7.Arge Proje Pazarı Proje Katılımı
5s Sistemi Ve Uygulanması
4232-YL2-14 Numaralı Bap Projesi, "Elektrostatik Nanolif
Çekim Yöntemine Yönelik Olarak Farklı Geometri Ve Özellikte Toplayıcı
Plakaların Geliştirilmesi Ve Kullanılan Toplayıcı Plakaların Nanolif Morfolojisi
Üzerine Etkilerinin Araştırılması"
213m263 Tübitak Projesi,"Özel Geliştirilen Tertibatlara Sahip Elektrostatik Çekim
Ünitesi Ve Elektromekanik Nanolif Eğirme Düzeneği İle Fonksiyonel Nanolif
Üretimi" nde Bursiyer Öğrenci
Bilim Sanayi Ve Teknoloji Bakanlığı Teknogirişim Sermayesi Desteği Kapsamında
Kurulan Nanolet Tekstil Makine Kompozit Medikal Eğitim Danışmanlık Gıda San.
ve Tic. Ltd.Şti Şirket Müdürü