Elektrolif Çekim Yönteminde Gerilim Miktarının Poliakrilonitril Nanoliflerinin Morfolojisine Etkisi

Year 2023, Volume: 38 Issue: 2, 347 - 357, 28.07.2023

Gonca Şimşek Gündüz

https://doi.org/10.21605/cukurovaumfd.1333710

Abstract

Çalışmada elektro lif çekim yönteminde farklı gerilim miktarlarında üretilen poliakrilonitril (PAN) nanoliflerinin morfolojik özelikleri incelenmiştir. Bu amaçla 14 kV, 20 kV ve 26 kV değerlerinde gerilim uygulanarak üretim yapılmıştır. Nanoliflerin çapları taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile ölçülmüş, elde edilen çap değerlerinin istatistiki olarak karşılaştırılmasında SPSS programından yararlanılmıştır. 14 kV’ta üretilen nanoliflerin ortalama çapları 519-582 nm arasında değişirken bu değer 20kV’ta 511-566 nm ve 26 kV’ta 506-569 nm aralığında değişmiştir. Gerilim miktarı belli bir değere kadar arttırıldığında hem daha ince lifler elde edilmiş hem daha kolay çap kontrolü sağlanabilmiştir. Gerilim miktarının daha da artırılması ile boncuk oluşumunun ve boncuk büyüklüğünün arttığı görülmüştür. Ayrıca uygulanan gerilimin lif dizilimi ve lifler arası boşluğu etkilediği gözlenmiştir.

Keywords

Elektrolif çekimi, Voltaj, Nanolif çapı, Morfoloji, PAN

The Effect of Voltage Amount on The Morphology of Polyacrylonitrile Nanofiber in Electrospinning

Abstract

In the study, morphological properties of polyacrylonitrile (PAN) nanofibers produced at different voltage amounts in electrospinning method were investigated. For this purpose, production was carried out by applying voltage at 14 kV, 20 kV and 26 kV values. The diameters of the nanofibers were measured by scanning electron microscopy (SEM), and SPSS program was used to compare the diameter values obtained statistically. While the average diameters of nanofibers produced at 14 kV varied between 519-582 nm, this value varied between 511-566 nm at 20 kV and 506-569 nm at 26 kV. When the amount of voltage is increased up to a certain value, both finer fibers are obtained and easier diameter control can be achieved. It was observed that bead formation and bead size increased with further increase in the amount of voltage. Also, it was observed that applied voltage affects the fiber arrangement and the interfiber spacing.

Keywords

Electrospinning, Voltage, Nanofiber diameter, Morphology, PAN

References

• 1. Kozanoğlu, G., S., 2006. Elektrospinning Yöntemiyle Nanolif Üretim Teknolojisi. Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 148.
• 2. Salem, D. R., 2001. In Structure Formation in Polymeric Fibers: Chapter:6, Electrospinning and Formation of Nanofibers, Hanser Gardner Publications, Carl Hanser Verlag, 580.
• 3. Lee, S., Obendorf, S. K., 2006. Developing Protective Textile Materials as Barriers to Liquid Penetration Using Meltelectrospinning. Journal of Applied Polymer Science, 102(4), 3430-3437.
• 4. Rutledge, G.C., Fridrikh, S.V., 2007. Formation of Fibers by Electrospinning. Advanced Drug Delivery Reviews, 59(14), 1384-1391.
• 5. Bhullar, S. K., Rana, D., Lekesiz, H., Bedeloglu, A. C., Ko, J., Cho, Y., Ramalingam, M., 2017. Design and Fabrication of Auxetic PCL Nanofiber Membranes for Biomedical Applications. Materials Science And Engineering C, 81, 334-340.
• 6. Kim, S. E., Heo, D. N., Lee, J. B., Kim, J. R., Park, S. H., Jeon, S. H., Kwon, K. II., 2009. Electrospun Gelatin/Polyurethane Blended Nanofibers for Wound Healing, Biomedical Materials, 4(4), 044106.
• 7. Kim, K., Luuc, Y. K., Chang, C., Fang, D., Hsiao, B. S., Chua, B., Hadjiargyrou, M., 2004. Incorporation and Controlled Release of A Hydrophilic Antibiotic using Poly (Lactide-Co-Glycolide) Based Electrospun Nanofibrous Scaffolds. Journal of Controlled Release, 98, 47-56.
• 8. Polat, Y., Pampal, E. S., Stojanovska, E., Simsek, R., Hassanin, A., Kilic, A., Demir, A., Yilmaz, S., 2016. Solution Blowing of Thermoplastic Polyurethane Nanofibers: A Facile Method to Produce Flexible Porous Materials. Journal of Applied Polymer Science, 133(9), 43025.
• 9. Wang, X., Fang, D., Yoon, K., Hsiao, B. S., Chu, B., 2006. High Performance Ultrafiltration Composite Membranes Based on Poly (Vinyl Alcohol) Hydrogel Coating on Crosslinked Nanofibrous Poly (Vinyl Alcohol) Scaffold. Journal of Membrane Science, 278, 261-268.
• 10. Gibson, P.W., Lee, C., Ko, F., Reneker, D., 2007. Application of Nanofiber Technology to Nonwoven Thermal Insulation. Journal of Engineered Fibers and Fabrics, 2(2), 32-40.
• 11. Mohrova, J. and Kalinova, K., 2012. Different Structures of PVA Nanofibrous Membrane for Sound Absorption Application. Journal of Nanomaterials, 2, 1-4.
• 12. Üstündağ, G.C., Karaca, E., 2009. Poli(Vinil Alkol)/Sodyum Alginat Karışımlarından Elektro Çekim Yöntemi ile Elde Edilen Nanolifli Yüzeylerin İncelenmesi. Uludağ Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 14(1), 159-172.
• 13. Üstündağ, G.C., 2009. Elektrospınnıng Yöntemi ile Biyomedikal Kullanıma Yönelik Nanolif Yüzey Üretimi ve Uygulaması. Yüksek Lisans Tezi, Uludağ Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 181.
• 14. Gül, A., Tiyek, İ., 2022. Memran Teknolojileri ve Membran Teknolojilerinin Elektrospinning Yöntemi ile Nano Lif Üretimi Üzerine Literatür Taraması. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 25(3), 183-211.
• 15. Formhals, A., 1934. Process and Apparatus for Preparing Artficial Threads, US Patent, No.1, 975, 504.
• 16. Ramakrishna, S., Fujihara, K., Teo, W.-E., Lim, T.-C., Ma, Z., 2005. An Introduction to Electrospinning and Nanofibers, World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd., Singapore, 396.
• 17. Şenocak, S., 2021. Nanoliflerden Eğrilmiş İpliklerin Örme Performansı ve Kumaş Özelliklerinin Araştırılması. Yüksek Lisans Tezi, Tekirdağ Namık Kemal Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 85.
• 18. Emül, E., 2016. Elektrospin Tekniği ile nHAp/Jelatin/Antikanserojen İçeren Nanofibril Üretimi, Karakterizasyonu ve Hücre Uyumunun Araştırılması. Yüksek Lisans Tezi, Hacettepe Üniversitesi Nanoteknoloji ve Nanotıp Anabilim Dalı, 85.
• 19. Kirecci, A., Özkoç, Ü., İçoğlu, H.İ., 2012. Determination of Optimal Production Parameters for Polyacrylonitrile Nanofibers. Journal of Applied Polymer Science, 124(6), 4961-4968.
• 20. Yalçın, M., 2020. Elektroeğirme Yöntemi ve Nanofiber Üretimi, Türkiye’de Mühendislik ve Fen Bilimlerinde Akademik Araştırmalar, İksad Yayınevi, Ankara, 132.
• 21. Ray, S., Lalman, J.A., 2011. Using the Box–Benkhen Design (BBD) to Minimize the Diameter of Electrospun Titanium Dioxide Nanofibers. Chemical Engineering Journal, 169, 116-125.
• 22. Padmanabhan, T., Kamaraj, V., Magwood Jr., L., Starly, B., 2011. Experimental Investigation on the Operating Variables of A Near-Field Electrospinning Process Via Response Surface Methodology. Journal of Manufacturing Processes, 13, 104-112.
• 23. Saligheh, O., Khajavi, R., Yazdanshenas, M.E., Rashidi, A., 2015. Fabrication and Optimization of Poly(Vinyl Alcohol)/Zirconium Acetate Electrospun Nanofibers using Taguchi Experimental Design. Journal of Macromolecular Science Part B, 54(11), 1391-1403.
• 24. Özkoç, Ü., 2010. Experimental Investigation of Optimal Spinning Parameters for Nanofibers. Yüksek Lisans Tezi, Gaziantep Üniversitesi Tekstil Mühendisliği Anabilim Dalı, 132.
• 25. Süslü, A., 2009. Elektro-Eğirme Yöntemi ile Nanofiber ve Nanotüp Üretimi. Yüksek Lisans Tezi, Dokuz Eylül Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü, 83.
• 26. Gemci, R., Yener, F., Solak, H., 2011. Uygulanan Voltaj Değeri ile Pvb Nanolif Çapı Arasındaki İlişki. KSU Mühendislik Dergisi, 14(1), 31-34.
• 27. Yeoh, S.J., 2009. Electrospun Cellulose Ultra-Fine Fibers From Kraft Pulp. Master’s Thesis, University of British Columbia, The Faculty Of Graduate Studies, Materials Engineering, Vancouver, 125.
• 28. Dehghan, S.F., Golbabbei, F., Maddah, B., Latifi, M., Pezeshk, H., Hasanzadeh, M., Akbar-Khanzadeh, F., 2016. Optimization of Electrospinning Parameters for Polyacrylonitrile-Mgo Nanofibers Applied in Air Filtration, Journal of The Air & Waste Management Association, 66(9), 912-921.
• 29. Du, J., Shıntay, S., Zhang, X., 2008. Diameter Control of Electrospun Polyacrylonitrile/Iron Acetylacetone Ultrafine Nanofibers. Journal of Polymer Science, Part B Polymer Physics, 46(15), 1611-1618.
• 30. Wu, Z.Y., Monro, A.K., Milne, R.I. Wang, H. Yi, T.S., Liu, J. ve Li D., 2013. Molecularphylogeny of the Nettle Family (Urticaceae) Inferred Frommultiple Loci of Three Genomes and Extensive Generic Sampling. Molecular Phylogenetics adn Evolution, 69(3), 814-827.
• 31. Miri, M.A., Movaffagh, J., Najafi, M.B.H., Najafi, M.N., Ghorani, B., Koocheki, A., 2016. Optimization of Electrospinning Process of Zein Using Central Composite Design. Fibers and Polymers, 17(5), 769-777.
• 32. Deitzel, J.M., Kleinmeyer, J., Harris, D., Beck Tan, N.C., 2001. The Effect of Processing Variables on the Morphology of Electrospun Nanofibers and Textiles. Polymer, 42, 261-272.
• 33. İkiz, Y., 2009. Elektro Çekim Yöntemi İşlem Parametrelerinin PVA Nanolif Morfolojisine Etkileri. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 15(3), 363-369.
• 34. Beypazar, Ö., 2013. Nanolif Üretiminde Çap Kontrolü. Yüksek Lisans Tezi. Namık Kemal Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Tekstil Mühendisliği Anabilim Dalı, 86.
• 35. Üstün, A., 2011. Hava Filtrasyonu için Nanolif Üretimi. Yüksek Lisans Tezi. Pamukkale Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Tekstil Mühendisliği Anabilim Dalı, 69.
• 36. Zhang, C., Yuan, X., Wu, L., Han, Y., Sheng, J., 2005. Study on Morphology of Electrospun Poly(Vinyl Alcohol) Mats. European Polymer Journal, 41, 423-432.
• 37. Karayeğen, G., 2016. Elektrik Eğirme Yöntemini Kullanarak Nanofiberlerin Elektrik Alan ile Yönlendirme Olasılığının Araştırılması. Yüksek Lisans Tezi. Başkent Üniversitesi Biyomedikal Mühendisliği Anabilim Dalı, 72.
• 38. Gu, S.Y., Ren, J., Vancso, G.J., 2005. Process Optimization and Empirical Modeling for Electrospun Polyacrylonitrile (PAN) Nanofiber Precursor of Carbon Nanofibers. European Polymer Journal, 41, 2559-2568.
• 39. Hakkak, F., Rafizadeh, M., 2013. Optimization of Electrospun Polyacrylonitrile/Poly (Vinylidene Fluoride) Nanofiber Diameter Using the Response Surface Method. Journal of Macromolecular Science, Part B: Physics, 52, 1250-1264.
• 40. Khanlou, H.M., Ang, B.C., Talebian, S., Afifi, A.M., Andriyana, A., 2015. Electrospinning of Polymethyl Methacrylate Nanofibers: Optimization of Processing Parameters Using the Taguchi Design of Experiments. Textile Research Journal, 85(4), 356-368.
• 41. Senthil, T., Anandhan, S., 2015. Electrospinning of Non-Woven Poly(Styrene-Co-Acrylonitrile) Nanofibrous Webs for Corrosive Chemical Filtration: Process Evaluation and Optimization by Taguchi and Multiple Regression Analyses. Journal of Electrostatics, 73, 43-55.
• 42. Khalili, S., Khorasani, S.N., Saadatkish, N., Khoshakhlagh, K., 2016. Characterization of Gelatin/Cellulose Acetate Nanofibrous Scaffolds: Prediction and Optimization by Response Surface Methodology and Artificial Neural Networks. Polymer Science, Series A, 58(3), 399-408.
• 43. Svinterikos, E., Zuburtikudis, I., 2017. Tailor-Made Electrospun Nanofibers of Bio Waste Lignin/Recycled Poly (Ethylene Terephthalate). The Journal of Polymers and the Environment, 25, 465-478.
• 44. Koenig, K., Beukenberg, K., Langensiepen, F., Seide, G., 2019. A New Prototype Melt-Electrospinning Device for the Production of Biobased Thermoplastic Sub-Microfibers and Nanofibers. Biomaterials Research 23, 10.