TEKSTİLDE NANOLİFLER, KULLANIM ALANLARI VE NANOLİF ÜRETİM YÖNTEMLERİ

1. TEKSTİLDE NANOLİFLER, KULLANIM ALANLARI VE NANOLİF ÜRETİM YÖNTEMLERİ Arş. Gör. Şerife ŞAFAK Uludağ Üniversitesi, Tekstil Mühendisliği Bölümü Ekim 2012

2. İÇERİK • NANO BOYUT &NANOTEKNOLOJİ • TEKSTİL & NANOTEKNOLOJİ • TEKSTİLDE LİF & NANOLİF • NANOLİF ÜRETİM TEKNİKLERİ • NANOLİF KULLANIM ALANLARI

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

4. NANO METRE BOYUTUNU ANLATAN ÖRNEKLER

5. NANOTEKNOLOJİ 1960 Richard Feynman “There is Plenty of Room at the Bottom” 1980 • Tarama Tünelleme Mikroskobu (ScanningTunnelingMicroscope) • Fullerenler (Buckyballs) • Karbon Nanotüpler

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

7. TEKSTİL VE NANOTEKNOLOJİ • AloeVeralı Çarşaflar, • Böceksavar Gömlekler, • Masaj Yapan Ayakkabılar, • Selülit Kremi Yerine Geçen Çoraplar, • Baş Ağrısı İçin Ağrı Kesici Görevi Gören Bereler • Ter Kokusunu Önleyen Ve Etrafa Parfüm Kokusu Yayan Gömlekler, Çoraplar.

8. TEKSTİL VE NANOTEKNOLOJİ • Işık, Basınç, Kimyasal Gibi Çeşitli Dış Etkilerdeki Değişmelerle Renk Değiştiren Ürünler • Nabız, Sıcaklık, Tansiyon Gibi Vücut Fonksiyonlarındaki Değişmeleri Belirleyip Kullanıcıyı Uyarmak • Bilgisayar, Yol Bilgisayarı, Müzikçalar, Cep Telefonu, İnternet Bağlantı Elemanı Gibi İşlevlere Sahip Olan • Vücut İşlevlerimizi Kontrol Edebilen, Gerektiğinde İlaç Veren

9. TEKSTİL VE NANOTEKNOLOJİ Tekstil Endüstrisindeki NanoteknolojiUygulamaları; • Nano boyutta lif üretimi ile nano ağ dokudan oluşan yüzeylerin elde edilmesi & • Tekstil terbiye işlemlerinde nano boyutta partiküller kullanılarak yüzeylere fonksiyonel özellikler kazandırılması

10. Tekstilde Lif & Nanolif Lif; belirli uzunluk, incelik ve mukavemete sahip yumuşak, sarılmaya, eğrilmeye ve bükülmeye uygun tekstilin en küçük hammaddesi….

11. TEKSTİLDE LİF & NANOLİF

12. TEKSTİLDE LİF & NANOLİF İncelik Birim Ağırlığın Uzunluğu Nm (m/gr) Birim uzunluğun ağırlığı; tex 1000 m’nin gr ağırlığı dtex, 10000 m’nin gr ağırlığı denye 9000m’nin gr ağırlığı

13. TEKSTİLDE LİF & NANOLİF • Tekstilde kullanılabilen en ince doğal lif ipek(1-4 dtex) • Yapay liflerde incelik üretim yöntemine göre farklı olacağından, lif inceliğinin minimum değeri 0.1-10 dtex arasındadır. Bu lifler mikrolif olarak adlandırılır.

14. Tekstilde Lif & Nanolif Nanolif ; “çapı bir mikron ve altındaki lifler”

15. Tekstilde Lif & Nanolif

16. TEKSTİLDE LİF & NANOLİF

17. NANOLİF NANOLİF MİKROLİF SAÇ TELİ

18. TEKSTİLDE LİF & NANOLİF • Nanolif üretiminde lif çapı 1,6-500 nm arasında lif üretimi yapılabilmektedir. • Endüstriyel uygulamada kullanılan nanoliflerin çapları ise genellikle 50-300 nanometre arasındadır.

19. NANOLİFLERİN AVANTAJLARI Çapları 1,6-500 nm aralığında değişen nano liflerin üretimi sonucu elde edilen yüzeyler, sahip oldukları yüksek özgül yüzey alanıağ dokuda yer alan nano boyuttaki gözeneklersayesinde çok değişik ve geniş uygulama alanlarında kullanılmaktadır.

20. NANOLİF ÜRETİM TEKNİKLERİ • Çekim (Drawing), • Şablon Sentezi (TemplateSynthesis), • Faz Ayırma (PhaseSeparation), • Kendiliğinden Düzenlenme (Self Assembly) • Elektro Çekim (Electrospinning) • Meltblown • Bikomponent Lif Üretimi

21. ÇEKİM (DRAWİNG) Çekim; kimyasal lif üretim metotlarından biri olan kuru çekim yönteminin moleküler düzeyde uygulaması olarak tanımlanabilir. Çekim yöntemiyle 2-100 nm lif çapına sahip nanoliflerin üretimi yapılabilmektedir.

22. ŞABLON SENTEZİ ( TEMPLATE SYNTHESİS) Bir şablon veya kalıp yardımıyla nanolifler elde edilir. Şablon sentezinde üretilen nanoliflerin çapı 3-15 nm aralığında yer alabilmektedir.

23. FAZ AYIRMA ( PHASE SEPARATİON) Temel prensip fiziksel uyumsuzluğa bağlı olarak fazların ayrışmasıdır. Faz ayırma tekniği; polimerin çözülmesi, jelleşme, çözücünün ayrılması, dondurma ve soğuk kurutma olmak üzere beş adımdan oluşan bir işlem sırasına sahiptir.Bu yöntemle 50-500 nm lif çapı aralığında nanolif üretimi yapılabilmektedir.

24. KENDİLİĞİNDEN DÜZENLENME (SELF ASSMEBLY) Küçük moleküllerden basit blokların kurulmasıyla nanoboyutta liflerin oluşturulmasını ifade etmektedir kendiliğinden düzenleme tekniğinde üretilebilen lif çapları 7-100 nm aralığında değişmektedir

25. Meltblown Yöntemi (Geliştirilmiş) Klasik Meltblown Yönteminde; elde edilen liflerin çapları 2 -5 μm arasında olup, büyük miktarlarda küçük çaplı lif üretimi için ve nonwoven kumaş üretmek için kullanılan bir yöntemdir. Nanolif üretimi için, düzelerin yer aldığı plakanın yapısı ve toplama sistemi özel olarak yeniden tasarlanmıştır. Düzelerin çaplarının küçültülmesi ve sayılarının arttırılmasıyla geliştirilen yeni düze plakasının yapısı sayesinde nano boyutta lif üretimi yapılmaktadır.

26. MELTBLOWN YÖNTEMİ (GELİŞTİRİLMİŞ) • Bu yöntemle nanolifeldesi elektro lif çekim yöntemine göre 15000 kat daha fazla olabilmektedir. • geliştirilmiş yöntemdeki üretim, klasik meltblown tekniğinde üretilen lif tülbentinin üretim miktarına eşittir • Birçok değişik polimerin harmanlanarak kullanımının mümkün olması ise bu yöntemin bir diğer avantajıdır.

27. Bikomponent Lif Üretim Yöntemi (Geliştirilmiş) Birden fazla farklı fiziksel ve kimyasal özellikteki polimerin aynı düzeden geçerek oluşturduğu lif yapısı, bikomponent lif olarak tanımlanır. Bu yöntem günümüzde ticari olarak mevcut olup, bir pilot tesiste bir elyaf içinde çok sayıda (örneğin 1200 adet) lif içerecek şekilde üretim yapılmış olup, 4000 adet elyaf potansiyelinin olduğu belirtilmektedir. Aynı teknikle lif, içi boş tüp olarak üretilebilmektedir.

28. Elektrospinning ( Elektro Çekim) Yöntemi Bu yöntemde polimer çözeltisi veya polimer eriyiğinin elektriksel olarak yüklenmesiyle oluşan jetten nanolif elde edilmektedir .

29. Elektrospinning ( Elektro Çekim) Yöntemi

30. Taylor konisi

31. Whipping

32. Elektrospinning ( Elektro Çekim) Yöntemi Pipet/şırınga ucundan çıkan polimer jeti, toplayıcı plaka üzerinde rastgele liflerden oluşan bir ağ doku olarak toplanır. Ağ dokuda çapları 3 nm’den 1 mikronun üzerindeki değerlere kadar değişen lifler bulunabilmektedir.

33. ELEKTROSPİNNİNG ( ELEKTRO ÇEKİM) YÖNTEMİ Yapılan araştırma ve gelişmelerle elektrospinnig yöntemiyle araştırmacılar Nylon 4,6 polimerinden 1.6 nm çaplarında nanolif üretimini gerçekleştirmiştir

34. ELEKTROSPİNNİNG ( ELEKTRO ÇEKİM) YÖNTEMİ Avantajlar • Üretim maliyetleri avantajlı , • Düzeneğinin basit olması, • Proses parametrelerinde rahatlıkla değişiklik yapılabilmesi • Kullanılabilecek polimerler diğer yöntemlere göre daha geniş bir çeşitlilik göstermesi..

35. Elektrospinning ( Elektro Çekim) Yöntemi ÇÖZELTİ ÖZELLİKLERİ Viskozite, Polimer Konsantrasyonu, İletkenlik, Yüzey Gerilimi, Polimerin Moleküler Ağırlığı, Çözücülerin Uçuculuğu ORTAM PARAMETRELERİ Sıcaklık, Basınç Rutubet PROSES PARAMETRELERİ Uygulanan Gerilim Değeri, Akış Oranı, Şırınga/Pipet Ucu İle Toplayıcı Arasındaki Mesafe, Şırınga/ Pipet Ağzının Tasarımı Ve Yerleşimi, Toplayıcı Tipi Ve Geometrisi

36. Elektrospinning ( Elektro Çekim) Yöntemi Şırınga/ pipet ağzının farklı tasarımlarıyla co-axial olarak adlandırılan eş merkezli nanolif veya içi boş (hollow) nanolifeldesi mümkündür .

37. Elektrospinning ( Elektro Çekim) Yöntemi

38. Elektrospinning ( Elektro Çekim) Yöntemi • Aynı şekilde sistemde yer alan toplayıcı, farklı biçimlerde ve özelliklerde olabilir

39. Elektrospinning Yöntemi

40. Elektrospinning ( Elektro Çekim) Yöntemiİplik Oluşturan Toplayıcılar • Sıvı Banyolu sistem

41. Elektrospinning ( Elektro Çekim) YöntemiSıvı Banyolu Sistem

42. Elektrospinning ( Elektro Çekim) Yöntemiİplik Oluşturan Toplayıcılar • Paralel Bilezikler Sistemi

43. Elektrospinning ( Elektro Çekim) Yöntemi • Çok sayıda parametrenin işleme etki etmesi nedeniyle karmaşık üretim, • Üretimde parametrelerin hassas olarak ayarlanması gerekli, • Düşük üretim miktarı, • Düze tıkanması, • Çözücünün buharlaşması • Düşük molekül oryantasyonu • Yetersiz mekanik özellikler • Yüksek çap dağılımı gibi bir takım problemlerle de karşılaşılmaktadır

44. SEM (Taramalı Electron Mikroskop)GörüntüleriPolibenzimidazol–250

45. SEM (Taramalı Electron Mikroskop)GörüntüleriPolipropilen 2500-3500

46. SEM (Taramalı Electron Mikroskop)GörüntüleriPolivinilalkol-400

47. SEM (Taramalı Electron Mikroskop)GörüntüleriPoliakrilonitril-Gümüş

48. NANOLİFLERİN KULLANIM ALANLARI Biyomedikal uygulamalar • Tıbbi protez • Tele tıp • İlaç taşıma • Yara örtücüler • Cilt bakım ürünleri • Doku şablonları Elektriksel ve optik uygulamalar • Sensörler • Elektrodlar Tarım uygulamaları • Bitki koruma Filtrasyon uygulamaları • Kimyasal gaz • Hava • Kan Uzay uygulamaları • Uzay platformları • Güneş ve ışık panelleri Savunma uygulamaları • Koruyucu giysiler Kompozitler • Malzeme kuvvetlendiriciler Diğer uygulamalar • Enzim taşıyıcılar

49. NANOLİFLERİN KULLANIM ALANLARI Selüloz nanoliflerden transparan kağıt üretimi

50. NANOLİF KULLANIM ALANLARI Filtrasyon verimliligi lif inceliği ile yakından alakalıdır ve filtre performansını yakından ilgilendirir.Endüstride bütün filtre yapıları temiz hava sağlamak için kullanılır. Bu filtre yapılarının yaklasık 0,5μ boyutunda yağ parçacıklarını tutması gerekir.