THE EFFECTS OF THE DISTANCE BETWEEN NEEDLE AND COLLECTOR PLATE ON THE MORPHOLOGY OF FIBERS PRODUCED BY THE ELECTROSPINNING METHOD

Year 2023, Volume: 5 Issue: 3, 211 - 222, 13.10.2023

Gonca Şimşek Gündüz , İbrahim Üçgül

https://doi.org/10.47933/ijeir.1312118

Abstract

In the study, the morphology of the fibers produced by electrospinning using polyacrylonitrile polymer was investigated by changing the distance between needle and collector plate. For this purpose, 8 cm, 13 cm, 18 cm, 23 cm, 28 cm distances were studied. With the experimental parameters applied in the study at 8 cm and 13 cm distances, continuous fiber formation did not occur and a dense dripping was formed. When the distance was increased to 18 cm, fiber production started without interruption. The diameters of the nanofibers were measured by scanning electron microscopy (SEM), and the SPSS program was used to compare the diameter values obtained statistically. When the distance is 18 cm, the average diameter of the produced nanofibers varies between 509.96-572.48 nm, while this value varies between 460.90-522.01 at 23 cm and 399.67-462.48 at 28 cm. It was observed that the fiber diameter decreased as the distance between needle and collector plate increased. As the distance decreases, the fibers are gathered together more on the paper surface. Therefore, a thicker fiber layer was obtained when the distance was 18 cm. In addition, nanofiber fineness optimization was carried out according to the Taguchi method with two parameters using the Minitab program.

Keywords

Electrospinning, Distance between electrodes, Nanofiber diameter, Nanofiber morphology, Optimization.

İĞNE VE TOPLAYICI PLAKA ARASINDAKİ MESAFENİN ELEKTROSPINNING YÖNTEMİ İLE ÜRETİLEN LİFLERİN MORFOLOJİSİ ÜZERİNE ETKİLERİ

Abstract

Çalışmada poliakrilonitril polimeri kullanılarak elektrolif çekimi ile üretilen liflerin morfolojisi, iğne ve toplayıcı plaka arasındaki mesafe değiştirilerek incelenmiştir. Bu amaçla 8 cm, 13 cm, 18 cm, 23 cm, 28 cm mesafelerde çalışılmıştır. 8 cm ve 13 cm mesafelerinde çalışmada uygulanan deney parametreleri ile kesintisiz lif oluşumu gerçekleşmemiş, yoğun bir damlama oluşmuştur. Mesafe 18 cm değerine çıkarıldığında lif üretimi kesintisiz bir biçimde başlamıştır. Nanoliflerin çapları taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile ölçülmüş, elde edilen çap değerlerinin istatistiki olarak karşılaştırılmasında SPSS programından yararlanılmıştır. Mesafe 18 cm olduğunda üretilen nanoliflerin ortalama çapları 509,96- 572,48 nm arasında değişirken bu değer 23 cm’de 460,90- 522,01 ve 28 cm’de 399,67- 462,48 aralığında değişmektedir. İğne ve toplayıcı plaka arasındaki mesafe arttıkça lif çapının azaldığı görülmüştür. Mesafe azaldıkça kâğıt yüzeyinde lifler daha fazla bir araya toplanmışlardır. Dolayısıyla mesafe 18 cm olduğunda daha kalın bir lif tabakası elde edilmiştir. Ayrıca Minitab programı kullanılarak iki parametre ile Taguchi yöntemine göre nanolif incelik optimizasyonu gerçekleştirilmiştir.

Keywords

Anahtar kelimeler: elektrolif çekimi, elektrotlar arası mesafe, nanolif çapı, nanolif morfolojisi, optimizasyon.

References

• [1] Üstün, A., (2011). Hava filtrasyonu için nanolif üretimi. Yüksek Lisans Tezi, Pamukkale Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 69.
• [1] Üstün, A., (2011). Hava filtrasyonu için nanolif üretimi. Yüksek Lisans Tezi, Pamukkale Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 69.
• [2] 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.
• [2] 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.
• [3] Can, N., Ersoy, M., (2014). Nanolif yapılı polimerik doku iskeleleri. Tekstil ve Mühendis, 21, 38-50.
• [3] Can, N., Ersoy, M., (2014). Nanolif yapılı polimerik doku iskeleleri. Tekstil ve Mühendis, 21, 38-50.
• [4] Emül, E., (2016). Elektrospin tekniği ile nHAp/jelatin/antikanserojen içeren nanofibril üretimi, karakterizasyonu ve hücre uyumunun araştırılması. Yüksek Lisans Tezi, Hacettepe Üniversitesi Nanoteknoloji ve Nanotıp Anabilim Dalı, 85.
• [4] Emül, E., (2016). Elektrospin tekniği ile nHAp/jelatin/antikanserojen içeren nanofibril üretimi, karakterizasyonu ve hücre uyumunun araştırılması. Yüksek Lisans Tezi, Hacettepe Üniversitesi Nanoteknoloji ve Nanotıp Anabilim Dalı, 85.
• [5] Çakmen, A., B., (2019). Allantoin içeren 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, 107. [6] Yalçın, M., (2020). Elektroeğirme yöntemi ve nanofiber üretimi. Türkiye’de Mühendislik ve Fen Bilimlerinde Akademik Araştırmalar, İksad yayınevi, Ankara.
• [5] Çakmen, A., B., (2019). Allantoin içeren 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, 107. [6] Yalçın, M., (2020). Elektroeğirme yöntemi ve nanofiber üretimi. Türkiye’de Mühendislik ve Fen Bilimlerinde Akademik Araştırmalar, İksad yayınevi, Ankara.
• [7] Şahintürk, Y., S., (2010). Poliakrilonintril bazlı nanoelyafların elektroeğirme yöntemi ile üretimi ve karakterizasyonu. Yüksek Lisans Tezi, Hacettepe Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Kimya Bölümü, 57.
• [7] Şahintürk, Y., S., (2010). Poliakrilonintril bazlı nanoelyafların elektroeğirme yöntemi ile üretimi ve karakterizasyonu. Yüksek Lisans Tezi, Hacettepe Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Kimya Bölümü, 57.
• [8] Ramakrishna, S., Fujihara, K., Teo, W.E., Yong, T., Ma, Z., (2005). An Introduction to electrospinning and nanofibers. World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd., Singapur.
• [8] Ramakrishna, S., Fujihara, K., Teo, W.E., Yong, T., Ma, Z., (2005). An Introduction to electrospinning and nanofibers. World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd., Singapur.
• [9] Chun, I., (2005). Finer fibers spun by electrospinning process from polymer solutions and polymer melts in air and vacuum: characterization of structure and morphology on electrospun fibers and developing a new process model, PhD Thesis, The Graduate Faculty of The University of Akron.
• [9] Chun, I., (2005). Finer fibers spun by electrospinning process from polymer solutions and polymer melts in air and vacuum: characterization of structure and morphology on electrospun fibers and developing a new process model, PhD Thesis, The Graduate Faculty of The University of Akron.
• [10] Pham, Q., P., Sharma, U., Mıkos, A., G., (2006). Electrospinning of polymeric nanofibers for tissue engineering applications: a review. Tıssue Engıneerıng, 12, 5, 1197-1211.
• [10] Pham, Q., P., Sharma, U., Mıkos, A., G., (2006). Electrospinning of polymeric nanofibers for tissue engineering applications: a review. Tıssue Engıneerıng, 12, 5, 1197-1211.
• [11] Li, Z., Wang, C., (2013). Effects of working parameters on electrospinning. One-dimensional nanostructures electrospinning technique and unique nanofibers, 15-28, DOI: 10.1007/978-3-642-36427-3_2.
• [11] Li, Z., Wang, C., (2013). Effects of working parameters on electrospinning. One-dimensional nanostructures electrospinning technique and unique nanofibers, 15-28, DOI: 10.1007/978-3-642-36427-3_2.
• [12] Kozanoğlu, G., S., (2006). Elektrospinning yöntemiyle nanolif üretim teknolojisi. Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 148.
• [12] Kozanoğlu, G., S., (2006). Elektrospinning yöntemiyle nanolif üretim teknolojisi. Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 148.
• [13] İkiz, Y., (2009). Elektro çekim yöntemi işlem parametrelerinin PVA nanolif morfolojisine etkileri. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 15, 3, 363-369.
• [13] İkiz, Y., (2009). Elektro çekim yöntemi işlem parametrelerinin PVA nanolif morfolojisine etkileri. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 15, 3, 363-369.
• [14] Beypazar, Ö., (2013). Nanolif üretiminde çap kontrolü. Yüksek Lisans Tezi, Tekirdağ Namık Kemal Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 86.
• [14] Beypazar, Ö., (2013). Nanolif üretiminde çap kontrolü. Yüksek Lisans Tezi, Tekirdağ Namık Kemal Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 86.
• [15] Sabit, B., (2019). Elektro lif çekim (Electrospınnıng) yöntemiyle üretilen nanolif iplik özelliklerinin iyileştirilmesi. Yüksek Lisans Tezi, Tekirdağ Namık Kemal Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 115.
• [15] Sabit, B., (2019). Elektro lif çekim (Electrospınnıng) yöntemiyle üretilen nanolif iplik özelliklerinin iyileştirilmesi. Yüksek Lisans Tezi, Tekirdağ Namık Kemal Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 115.
• [16] Du, J., Shıntay, S., Zhang, X., (2008). Diameter control of electrospun polyacrylonitrile/ıron acetylacetone ultrafine nanofibers. Journal of Polymer Science: Part B; Polymer Physics, 46, 15, 1611-1618, DOI: 10.1002/polb.21500.
• [16] Du, J., Shıntay, S., Zhang, X., (2008). Diameter control of electrospun polyacrylonitrile/ıron acetylacetone ultrafine nanofibers. Journal of Polymer Science: Part B; Polymer Physics, 46, 15, 1611-1618, DOI: 10.1002/polb.21500.
• [17] 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.
• [17] 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.
• [18] Özkoç, Ü., (2010). Experimental ınvestigation of optimal spinning parameters for nanofibers. Yüksek Lisans Tezi, Gaziantep Üniversitesi Tekstil Mühendisliği Anabilim Dalı, 132.
• [18] Özkoç, Ü., (2010). Experimental ınvestigation of optimal spinning parameters for nanofibers. Yüksek Lisans Tezi, Gaziantep Üniversitesi Tekstil Mühendisliği Anabilim Dalı, 132.
• [19] Chen, J.-P., Ho, K.-H., Chiang, Y.-P., Wu, K.-W., (2009). Fabrication of electrospun poly(methyl methacrylate) nanofibrous membranes by statistical approach for application in enzyme immobilization. Journal of Membrane Science, 340, 9-15.
• [19] Chen, J.-P., Ho, K.-H., Chiang, Y.-P., Wu, K.-W., (2009). Fabrication of electrospun poly(methyl methacrylate) nanofibrous membranes by statistical approach for application in enzyme immobilization. Journal of Membrane Science, 340, 9-15.
• [20] Abuzade, R.A., Zadhoush, A., Gharehaghaji, A.A., (2012). Air permeability of electrospun polyacrylonitrile nanoweb. Journal of Applied Polymer Science, 126, 232-243.
• [20] Abuzade, R.A., Zadhoush, A., Gharehaghaji, A.A., (2012). Air permeability of electrospun polyacrylonitrile nanoweb. Journal of Applied Polymer Science, 126, 232-243.
• [21] Ahmadipourroudposht, M., Fallahiarezoudar, E., Yusof, N.M., Idris, A., (2015). Application of response surface methodology in optimization of electrospinning process to fabricate (ferrofluid/polyvinyl alcohol) magnetic nanofibers. Materials Science and Engineering, C50, 234-241.
• [21] Ahmadipourroudposht, M., Fallahiarezoudar, E., Yusof, N.M., Idris, A., (2015). Application of response surface methodology in optimization of electrospinning process to fabricate (ferrofluid/polyvinyl alcohol) magnetic nanofibers. Materials Science and Engineering, C50, 234-241.
• [22] Buchko, C.J., Chen, L.C., Shen, Y., Martin, D.C., (1999). Processing and microstructural characterization of porous biocompatible protein polymer thin films. Polymer, 40, 7397-7407.
• [22] Buchko, C.J., Chen, L.C., Shen, Y., Martin, D.C., (1999). Processing and microstructural characterization of porous biocompatible protein polymer thin films. Polymer, 40, 7397-7407.
• [23] Zong, X., Kim, K., Fang, D., Ran, S., Hsiao, B.S., Chu, B., (2002). Structure and process relationship of electrospun bioabsorbable nanofiber membranes. Polymer, 43, 4403-4412.
• [23] Zong, X., Kim, K., Fang, D., Ran, S., Hsiao, B.S., Chu, B., (2002). Structure and process relationship of electrospun bioabsorbable nanofiber membranes. Polymer, 43, 4403-4412.
• [24] Gökce, B., Taşgetiren, S., (2009). Kalite için deney tasarımı. Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi, 6, 1, 71-83.
• [24] Gökce, B., Taşgetiren, S., (2009). Kalite için deney tasarımı. Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi, 6, 1, 71-83.
• [25] 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.
• [25] 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.
• [26] 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.
• [26] 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.
• [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.
• [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] 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, 17, 5876, https://doi.org/10.3390/ ma15175876.
• [28] 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, 17, 5876, https://doi.org/10.3390/ ma15175876.