Elektrolif Çekimiyle Üretilen Nanoliflerin İnceliğini Etkileyen Parametrelerin Taguchi Yöntemi ile Optimizasyonu

Öz

Çalışmada, elektrolif çekim yöntemi ile elde edilen nanoliflerin çap değerleri Taguchi tasarımına göre optimize edilmiştir. Deney parametreleri iğne çapı, akış hızı, elektrotlar arası mesafe, voltaj miktarı ve konsantrasyon olarak belirlenmiştir. L27 ortogonal matrisi kullanılarak deney tasarımı yapılmıştır. Belirlenen deneyler yapılarak Minitab programı yardımıyla ortalama ve sinyal/gürültü (S/N) oranları hesaplanmıştır. Faktörlerin ve seviyelerinin etkilerini görebilmek için grafiksel gösterim kullanılmıştır. Nanolif inceliğine en çok etki eden faktör iğne çapı en az etki eden faktör çözelti akış hızı olarak tespit edilmiştir. En ince lif değerini veren kombinasyon 22 G iğne çapı, 0,5 ml/saat akış hızı, 28 cm mesafe, 26 kV gerilim ve % 9 konsantrasyon olarak belirlenmiştir. Ayrıca nanolif çapı üzerinde etkili olan parametreleri istatistiksel olarak belirleyebilmek için varyans analizi yapılmıştır. Analiz sonucunda belirlenen parametrelerin nanolif çapı üzerinde etkisi olduğu görülmüştür.

Anahtar Kelimeler

• Elektrolif Çekimi
• Nanolif
• Lif Çapı
• Taguchi Yöntemi
• Optimizasyon

Optimization of the Parameters Affecting the Fineness of Nanofibers Produced by Electrospinning with Taguchi Method

Abstract

In the study, diameter values of nanofibers obtained by electrospinning method were optimized according to Taguchi design. Experimental parameters were determined as needle diameter, flow rate, distance between electrodes, voltage amount and concentration. Experimental design was made using the L27 orthogonal matrix. Mean and signal/noise (S/N) ratios were calculated with the help of Minitab program by performing the determined experiments. Graphical representation is used to see the effects of factors and their levels. The factor affecting the nanofiber fineness the most was determined as the needle diameter and the least affecting factor was the solution flow rate. The combination giving the thinnest fiber value was determined as 22 G needle diameter, 0.5 ml/hour flow rate, 28 cm distance, 26 kV voltage and 9% concentration. In addition, variance analysis was performed to statistically determine the parameters that affect the nanofiber diameter. It was observed that the parameters determined as a result of the analysis had an effect on the nanofiber diameter.

Keywords

• Electrospinning
• Nanofiber
• Fiber Diameter
• Taguchi Method
• Optimization.

References

1. Albetran, H., Dong, Y., Low I. M., (2015). Characterization and Optimization of Electrospun TiO2/PVP Nanofibers Using Taguchi Design of Experiment Method. Journal of Asian Ceramic Societies, 3, 292-300, DOI: 10.1016/j.jascer.2015.05.001.
2. Can, N., Ersoy, M., (2014). Nanolif Yapılı Polimerik Doku İskeleleri. Tekstil ve Mühendis, 21, 38-50.
3. Canıyılmaz, E., Kutay, F., (2003). Taguchi Metodunda Varyans Analizine Alternatif Bir Yaklaşım. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 18, 3, 51-63.
4. Celep, G. K., Dincer, K., (2017). Optimization of Parameters for Electrospinning of Polyacrylonitrile Nanofibers by the Taguchi Method. International Polymer Processing Journal of the Polymer Processing Society, 508-514, DOI: 10.3139/217.3411.
5. Çakmen, A., B., (2019). Allantoin İçeren Antibakteriyel Özellikte Poliüretan/Polikaprolakton Temelli Yara Örtü Malzemelerinin Elektrospinning Yöntemi ile Hazırlanması ve Uygulanması. Yüksek Lisans Tezi, İnönü Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Kimya Anabilim Dalı, Malatya.
6. Dehghan, S. F., Golbabbei, F., Maddah, B., Yarahmadi, R., Zadeh, A. S., (2015). Experimental İnvestigations on Electrospun Mat Production: For Use in High-Performance Air Filters. International Journal of Occupational Hygiene, 7, 3, 110-118.
7. 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, Ankara.
8. Erdem, V., Belevi, M., Koçhan, C., (2010). Taguchi Metodu ile Plastik Enjeksiyon Parçalarda Çarpılmanın En Aza İndirilmesi. DEÜ Mühendislik Fakültesi Fen ve Mühendislik Dergisi, 12, 2, 17 – 29.

9. Gökce, B., Taşgetiren, S., (2009). Kalite İçin Deney Tasarımı, Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi, 6(1) 71-83.
10. Huang, M.Z., Zhang, Y.Z., Kotaki, M. and Ramakrishna, S., (2003). A Review On Polymer Nanofibers By Electrospinning And Their Applications In Nanocomposites. Composites Science And Technology, 63, 2223- 2253.
11. Kalyon, A., (2019). Elektro Erozyon ile İşlemede Yüzey Pürüzlülüğü ve İş Parçası İşleme Hızının Alüminyum Alaşımı İçin Taguchi Tekniği ile Optimizasyonu. Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Fen ve Mühendislik Dergisi, 21, 62, 595-605.
12. 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.
13. 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.
14. Kozanoğlu, G., (2006). Elektrospining Yöntemiyle Nanolif Üretim Teknolojisi. Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Tekstil Mühendisliği Anabilim Dalı, İstanbul.
15. Li, D., Xia, Y., (2004). Electrospinning of Nanofibers: Reinventing the Wheel?. Advanced Materials, 16, 14, 1151-1170, https://doi.org/10.1002/adma.200400719.
16. Meyva-Zeybek, Y., Kaynak, C., (2020). Electrospinning of PLA and PLA/POSS Nanofibers: Use of Taguchi Optimization for Process Parameters. J Appl Polym Sci., 138:e49685, DOI: 10.1002/app.49685.
17. Mohammadi, M., Mohammadi, N., Mehdipour-Ataei, S., (2020). On the Preparation of Thin Nanofibers of Polysulfone Polyelectrolyte for İmproving Conductivity of Proton-Exchange Membranes by Electrospinning: Taguchi Design, Response Surface Methodology, and Genetic Algorithm. International journal of hydrogen energy, 45, 34110 – 34124.
18. Nas, E., Akıncıoğlu, S., (2019). Kriyojenik İşlem Görmüş Nikel Esaslı Süper Alaşımın Elektro-Erozyon İşleme Performansı Optimizasyonu. Academic Platform Journal of Engineering and Science, 7, 1, 115-126.
19. 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.
20. Sabit, B., (2019). Elektro Lif Çekim (Electrospınnıng) Yöntemiyle Üretilen Nanolif İplik Özelliklerinin İyileştirilmesi. Yüksek Lisans Tezi, Tekirdağ Namık Kemal Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Tekirdağ.
21. Salıgheh, O., Khajavı, R., Yazdanshenas, M. E., Rashıdı A., (2015). Fabrication and Optimization of Poly(vinyl alcohol)/ Zirconium Acetate Electrospun Nanofibers Using Taguchi Experimental Design. Journal of Macromolecular Science, Part B: Physics, 54, 1391–1403, DOI: 10.1080/00222348.2015.1085783.
22. 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.
23. Sorkhabi, T.S., Samberan, M.F., Ostrowski, K.A., Zajdel, P., Stempkowska, A., Gawenda, T., (2022). Electrospinning of Poly (Acrylamide), Poly (Acrylic Acid) and Poly (Vinyl Alcohol) Nanofibers: Characterization and Optimization Study on the Effect of Different Parameters on Mean Diameter Using Taguchi Design of Experiment Method. Materials, 15, 5876, https://doi.org/10.3390/ ma15175876.
24. Taguchi, G., Elsayed, E.A., Hsiang, T., (1989). Quality Engineering in Production Systems. McGraw-Hill, New York. Üstün, A., (2011). Hava Filtrasyonu için Nanolif Üretimi. Yüksek Lisans Tezi, Pamukkale Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Denizli.
25. 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.
26. Üstündağ, G.C., (2009). Elektrospınnıng Yöntemi ile Biyomedikal Kullanıma Yönelik Nanolif Yüzey Üretimi ve Uygulaması, Yüksek Lisans Tezi, Uludağ Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Bursa.
27. Wu, C. M., Hsu, C. H., Su, C. I., Liu, C. L., Lee, j. Y., (2018). Optimizing Parameters for Continuous Electrospinning of Polyacrylonitrile Nanofibrous Yarn Using the Taguchi Method. Journal of Industrial Textiles, 48(3), 559- 579.
28. Yalçın, M., (2020). Elektroeğirme Yöntemi ve Nanofiber Üretimi. Türkiye’de Mühendislik ve Fen Bilimlerinde Akademik Araştırmalar, İksad yayınevi, Ankara.