Production and Characterization of Halloysite Filled Bio-Based Thermoplastic Polyurethane Nanofibers Via Electrospinning Method

Öz

In this study, it was aimed to produce biocomposite nanofibers by using electrospinning technique and to form biocomposite structure, bio-based thermoplastic polyurethane (BioTPU) and halloysite (HST) mineral obtained from natural sources were used. Electrospinning parameters have been optimized for the production of nanofibers with smooth morphology and the polymer solution with the most suitable parameter was determined. Different concentrations of HST filled BioTPU nanofibers were produced and the rheological behavior of the solutions was investigated with a rotational rheometer before electrospinning to observe the effects of halloysite on fiber morphology. Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) analysis was carried out to determine the chemical composition of acquired nanofibers, and scanning electron microscopy (SEM) was used to monitor surface morphologies. Contact angle measurements were carried out to observe the effects of halloysite on the hydrophilicity of nanofiber. According to rheology results, it has been found out that the solution viscosity, storage modulus (G') and loss modulus (G'') of halloysite increased up to a certain concentration (0.3 % HST), but later caused falls on viscosity. According to the results of FTIR analysis, there is no chemical bond between halloysite and BioTPU, but SEM images show that halloysite was added to the structure of nanofibers. It was also found that the halloysite added to the structure increased the fiber diameters and that the fiber cross-section was not uniformly distributed along the fiber axis. The results of contact angle analysis indicated that acquired nanofibers have hydrophobic surface and the added halloysite decreases contact angles of nanofibers.

Anahtar Kelimeler

• Bio-based thermoplastic polyurethane
• biocomposite
• electrospinning
• halloysite
• nanofiber

Proje Numarası

2016-ÖDL-MÜMF-0007

Elektro Çekim Yöntemi ile Haloysit Katkılı Biyo-Bazlı Termoplastik Poliüretan Nanolif Üretimi ve Karakterizasyonu

Öz

Bu çalışmada, elektro çekim tekniği kullanılarak biyokompozit nanolif üretimi amaçlanmakta olup biyokompozit yapının oluşturulabilmesi için biyo-bazlı termoplastik poliüretan (BioTPU) ile yerli kaynaklardan elde edilen haloysit (HST) minerali kullanıldı. Düzgün morfolojiye sahip nanolif üretimi için elektro çekim parametreleri optimize edilerek en uygun parametreye sahip polimer çözeltisi belirlendi ve farklı konsantrasyonlarda HST katkılı BioTPU nanolifleri üretildi. Çalışmalar sırasında, haloysitin lif morfolojisi üzerine etkilerini görmek için elektro çekim işleminden önce rotasyonel reometre ile çözeltilerin reolojik davranışları incelendi. Elde edilen nanoliflerin yüzey morfolojilerini görüntülemek için taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanıldı. Nanoliflerin yapısına eklenen haloysitin, nanolif hidrofilitesi üzerinde yaptığı etkileri gözlemlemek için temas açısı analizleri gerçekleştirildi. Reoloji sonuçlarına göre haloysitin çözelti viskozitesini belli bir konsantrasyona kadar (% 0.3 HST) arttırdığı daha sonra viskozite, depolama modülü (G') ve kayıp modül (G'') değerleri üzerinde düşmelere neden olduğu tespit edildi. SEM’den alınan görüntüler doğrultusunda, haloysitin nanoliflerin yapısına tutunduğu görüldü. Ayrıca yapıya eklenen haloysitin lif çaplarını arttırdığı ve lif ekseni boyunca, lif kesitinin üniform olarak dağılmadığı tespit edildi. Nanoliflere ait temas açısı analizi sonuçlarına göre elde edilen nanoliflerin hidrofobik bir yüzeye sahip olduğu ve haloysitin, nanolifilerin temas açılarını azalttığı sonucuna varıldı.

Anahtar Kelimeler

• Biyo-bazlı termoplastik poliüretan
• biyokompozit
• elektro çekim
• haloysit
• nanolif

Destekleyen Kurum

İzmir Kâtip Çelebi Üniversitesi

Proje Numarası

2016-ÖDL-MÜMF-0007

Teşekkür

Bu araştırma, İzmir Kâtip Çelebi Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projesi 2016-ÖDL-MÜMF-0007 tarafından finansal olarak desteklenmektedir. Yazarlar ayrıca haloysit kilini bu çalışma için sağladıklarından dolayı Eczacıbaşı Esan firmasına teşekkür ederler.

Kaynakça

1. 1. De Marco, B. A., Rechelo, B. S., Totoli, E. G., Kogawa, A. C., & Salgado, H. R. N., (2019), Evolution of green chemistry and its multidimensional impacts: a review, Saudi Pharmaceutical Journal, 27(1), 1–8.
2. 2. Correa, J. P., Montalvo-Navarrete, J. M., & Hidalgo-Salazar, M. A., (2019), Carbon footprint considerations for biocomposite materials for sustainable products: a review, Journal of Cleaner Production, 208, 785–794.
3. 3. Fowler, P. A., Hughes, J. M., & Elias, R. M., (2006), Biocomposites: technology, environmental credentials and market forces, Journal of the Science of Food and Agriculture, 86, 1781– 1789.
4. 4. Jawaid, M., Sapuan, S. M., & Alothman, O. Y. (Eds.), (2017), Green biocomposites manufacturing and properties, Springer International Publishing, Gewerbestrasse.
5. 5. Reddy, M. M., Vivekanandhan, S., Misra, M., Bhatia, S. K., Mohanty, A. K, (2013), Biobased plastics and bionanocomposites: Current status and future opportunities, Progress in Polymer Science 38, 1653– 1689.
6. Kaynakların tamamı makale dosyası içerisinde yer almaktadır!