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