Experimental investigation of optimal spinning parameters for nanofibers

Abstract

Bu çalışmada voltaj, konsantrasyon ve mesafe gibi parametrelerin PAN (poliakrilonitril), PA6 (polyamid 6) ve PVA (polivinil alkol) polimerlerinden üretilen nanolif morfolojisi üzerinde etkileri araştırılmış ve en uygun değerler belirlenmeye çalışılmıştır. Ayrıca, PAN (poliakrilonitril) polimeri için sıcaklığın ve nemin etkileri de araştırılmıştır. PAN polimeri Dimetilformamidde çözülmüş ve konsantrasyonun nanolif çapına olan etkisini incelemek için değerleri 6-14% (2% aralıkla) arasında değişen çözeltiler hazırlanmıştır. Benzer şekilde PA6 polimeri formik asitte çözülmüş ve konsantrasyonun nanolif çapına olan etkisini ölçmek için değeri 8-14% (2% aralıkla) arasında değişen çözeltiler hazırlanmıştır. PVA polimeri ise 5-15% (2.5 % aralıkla) arasında hazırlanmıştır. Bunun için PVA polimeri saf suda çözülmüştür. Tüm polimerlerde konsantrasyon arttıkça lif çapında artış görülmüştür. Ancak, boncuk oluşumun konsantrasyon arttıkça azaldığı gözlemlenmiştir. Voltajın etkisini incelemek için voltaj değerleri tüm polimer çözeltileri için 5-40 kV (5 kV aralıkla) arasında değiştirilmiştir. Elde edilen deney sonuçları genelde voltajın artmasıyla lif çapında azalma meydana geldiğini göstermiştir. Fakat PAN nanolifinin çapı belli bir değere kadar azalma gösterdikten sonra tekrar artış göstermiştir. En iyi değerler genelde 30-35 kV arasında elde edilmiştir. Benzer olarak mesafenin nanolif oluşumuna etkisini incelemek için mesafe tüm polimer tiplerinde 5-25 cm arasında (5 cm aralıkla) değiştirilmiştir. Mesafenin etkisi PVA ve PA6 polimerleri için aynı olup PAN polimeri için farklılık göstermiştir. PAN nanolif çapı 15 cm ye kadar azalma gösterirken 15 cm den sonra nanolif çapında artış görülmüştür. Genel olarak tüm polimer tiplerinde en iyi sonuçlar 10-15 cm arasında elde edilmiştir.

In this study, effects of the voltage, concentration and tip-collector distance on morphology of PAN (polyacrylonitrile), PVA (polyvinyl alcohol), PA6 (polyamide 6) electrospun nanofibers were researched to determine their optimal values. For PAN polymer the effects of temperature and humidity were also investigated. To investigate the concentration effect on PAN fiber diameter, solutions were prepared between 6-14% (2% intervals) by dissolving PAN polymer in dimethylformamide (DMF). For PA6 the concentration values were chosen between 8-14% (2% intervals) by dissolving PA6 in formic acid. For PVA the concentration values were chosen as 5-15% (2.5% intervals) by dissolving PVA in distilled water. As the concentration increases the fiber diameter increases for all polymers. Bead formation reduces as the concentration increases. To examine the effect of voltage, the values were changed between 5-40 kV (5 kV intervals) for all polymers. Generally, nanofibers diameter reduce as voltage increases. However, diameter of PAN nanofiber reduces at the beginning up to a value but later diameter increases again. Usually, the optimum results were obtained between 30-35 kV. To investigate distance effect on nanofibers values the distance were chosen as 5-25 cm for all polymers. For PVA and PA6, effect of voltage was same that diameters of these fibers decrease as the distance increases. However, PAN nanofibers behave differently that the nanofiber diameter reduces up to 15 cm distance but it increases for further distance. Commonly, better results were obtained between 10-15 cm for all polymers.