XIII. Uluslararası İzmir Tekstil ve Hazır Giyim Sempozyumu 2-5 Nisan 2014 NANOLİFLERİN ELEKTRO LİF ÇEKİM YÖNTEMİYLE BÜYÜK ÖLÇEKLİ PİLOT İŞLETMEDE TEKSTİL MATERYALLERİ ÜZERİNE AKTARIMI Alessio Varesano, Claudia Vineis, Cinzia Tonetti, Giorgio Mazzuchetti CNR-ISMAC, Institute for Macromolecular Studies – National Research Council of Italy, Corso Pella 16, I13900 Biella, Italy [email protected] Elektro lif çekim yöntemi polimer esaslı nanoliflerin üretiminde kullanılan ana metot olup, çok yönlü bir yöntemdir. Elektro lif çekim prosesinde nanolifler polimer sıvısı (örn. polimer çözeltisi) üzerinde etkili olan itici elektrostatik kuvvetler vasıtasıyla üretilmektedir. En basit elektro lif çekim düzeneği polimer çözeltisini kılcal bir uca gönderen bir pompa, nanoliflerin toplandığı bir toplayıcı ve kılcal uçla toplayıcı arasında elektrostatik alan oluşmasını sağlayan bir güç kaynağından oluşmaktadır. Elektro lif çekim yöntemine olan akademik ve endüstriyel ilgi 1990’larda artmıştır. Nanolif kaplı kumaşlar filtrelerde ve koruyucu giysilerde kullanılma potansiyeline sahiptir, fakat endüstriyel gereklilikleri yerine getirmek için en az üç mesele çözümlenmelidir: elektro lif çekim işletmelerinin ölçeklerinin büyütülmesi, proses kararlılığının artırılması ve nanolifler ile tekstil yüzeyleri arasındaki tutunmanın iyileştirilmesi. Büyük ölçekli elektrolif çekim sistemleri üretimin artırılmasını ve nanolif üretiminin ve depolanmasının devamlı şekilde olmasını gerektirmektedir. Bir yaklaşım çoklu düzeli elektro lif çekim işletmesinin geliştirilmesidir. Bu çalışmada, çeşitli çoklu düzeli elektro lif çekim konfigürasyonları (6 ila 9 düzeli), jet jet etkileşimini (elektrostatik itme, çırpma hareketinin değiştirilmesi) minimize etmek için çalışılmıştır. Modül başına 62 düze içeren modüler bir elektro lif çekim işletmesi tasarlanıp geliştirilmiştir. Elektro lif çekim tekniğiyle toplayıcıya yakın şekilde hareket ettirilen mikro lif esaslı bir dokusuz yüzey zemin üzerine silindirden silindire yöntemiyle devamlı olarak depolanmış nanoliflerle ilgili testler yapılmıştır. Zeminin kaydırma hızı biriken nanolif tabakasının kalınlığını, gözenekliliğini ve yoğunluğunu etkilemiştir (Şekil 1). Hava geçirgenliği kaplanmamış zeminde 3000 l/(m2s) den 7m/s kaydırma hızında 1260 l/(m2s) ve 4 m/s kaydırma hızında 650 l/(m2s) ye düşmüştür. Aynı hızda 2 adımlı nanolif depolanmasında hava geçirgenliği bir kat oranında azalmış ve nanolif tabakalarının düzgünlüğü de iyileşmiştir. Şekil 1. Farklı hızlarda kaydırılan mikro lif esaslı dokusuz yüzeyler üzerinde elektro lif çekim yöntemiyle üretilmiş nanolif tabakaların SEM görüntüleri 47 XIII. Uluslararası İzmir Tekstil ve Hazır Giyim Sempozyumu 2-5 Nisan 2014 Filtrasyon, giysi ve koruyucu tekstiler için, elektro lif çekim yöntemiyle üretilmiş nanoliflerin yetersiz mekanik özelliklerinden dolayı destekleyici bir zemin (genellikle dokusuz yüzey ya da dokuma kumaş gibi) üzerine depolanması gerekmektedir. Tekstil materyalleri doğaları gereği elektriği iletmezler. Bu çalışmada çoklu düzeli elektro lif çekim yönteminde iletken olmayan bir tekstil zemini (örn. polipropilen dokusuz yüzey) nanolif toplayıcı olarak kullanılarak proseste oluşan değişiklikler (jetlerin kararlılığı, depolama bölgelerinin dağılımı ve nanoliflerin morfolojisi) gözlemlenmiştir. Aslında, toplayıcıda iletken olmayan bir zeminin kullanılması lif oluşum prosesini etkilemekte ve jetler arasındaki Coulomb itici güçlerini artırmaktadır (Şekil 2). Aynı çalışma koşullarında zemin tabakanın ağırlığının artmasıyla değişiklikler artmakta ve bu da nanolif tabakasında kusurlara (örn. boncuklu nanolifler), kalın liflerin üretimine ya da lif çekim işleminin başarısız olmasına (örn. film, damlacık) sebep olmaktadır. Bu olumsuz etkileri minimuma indirmek için proses koşullarındaki düzeltmeler çalışılmıştır. Şekil 2. 62 düzeli elektro lif çekim başlığının test sırasındaki resmi Son zorluk nanoliflerin tekstil üzerine tutunmasını garanti ederek pratik kullanımda yeterli dayanıklılığı göstermesini başarabilmektir. Nanoliflerin tekstil zeminler üzerine tutunması soyulma testleri ile karakterize edilmektedir. Ayrıca tutunmayı kısıtlayan faktörleri anlamaya yönelik araştırmalarda yapılmıştır. Tekstil zemini plazma işlemlerini de içeren ön işlemlere tabi tutmak suretiyle tutunmanın artırılması önerilmiştir. Özellikle, oksijenli ortamda-düşük sıcaklıktaki plazma işlemleri sonrasında polipropilen dokusuz yüzeyin hidrofobikliğinde ve ıslanabilirliğinde ( su temas açısı işlem görmemiş kumaşta 133° den işlem sonrası 97° ye düşmüştür) büyük değişiklikler meydana gelmiştir. Plazma işlemleri tutunma enerjisini ve soyma testindeki kuvveti artırmıştır. Plazma ile işleme tabi tutulmuş PP dokusuz yüzey üzerine depolanmış PEO nanolifleri için nanolifler ve zemin arasındaki tutunma 5-15 kat daha yüksektir. Bu oran PA6 nanolifleri için 2-5 kat daha yüksektir. Kesikli liflerden yapılmış bir kumaş zemin kullanıldığında tutunma düşüktür. Ön işlemler tutunmayı iyileştirebilmekle beraber, hem nanolif tabakası hem de kumaş üzerinde soyma testinden sonra yapılan optik mikroskop gözlemleri kesikli liflerden üretilen kumaşlarda nanolifler kumaş yüzeyinde sadece birkaç noktadan (tüylerden) kumaşa tutunmuş vaziyettedir. Sonuç olarak, tutunma ön işlemlerle iyileştirilebilse bile kumaşların yüzey tüylülüğü tutunmayı önemli derece artırmanın önünde kritik bir sınır olarak gözükmektedir Kısaca, tüm tekstil yüzeyleri elektro lif çekim yöntemiyle üretilmiş liflerin kaplanmasında zemin olarak kullanılmaya uygun değildir. Bu nedenle, sonraki çalışmalar devamlı ya da 48 XIII. Uluslararası İzmir Tekstil ve Hazır Giyim Sempozyumu 2-5 Nisan 2014 monofilamentlerden üretilmiş kumaşlar gibi düşük tüylülüğe sahip kumaşların tutunma davranışlarını incelemeye odaklanmalıdır. Anahtar Kelimeler: Elektro lif çekimi, nanolif kaplı tekstiller, tutunma, hava geçirgenliği. 49