Elektrospinning yöntemi ile doğal selülozdan nanofiber elde edilmesi

Nanoteknoloji, yüzey uygulamalarında, elektrik-bilgisayar teknolojisinde, medikal alanlarda, havacılık-uzay araştırmalarında, biyoteknoloji-tarım ve çevre-enerji gibi çeşitli endüstrilerde kullanılarak nano ölçekli üstün özellik ve performansa sahip malzemelerin geliştirilmesini kapsamaktadır. Nanofiberlerin lif çapının nanometre düzeyinde olması, malzemenin yüzey/hacim oranını ve liflerin mekanik özelliklerini artırmaktadır. Nanoteknoloji, çevre ve enerji araştırmalarında artan küresel enerji talebinden ve dolayısı ile çevre üzerindeki etikisi, katma değerli ürünlerin üretilmesi için ham madde olarak yenilenebilir rezervlere ilgi göstermeye başlamıştır. Yenilenebilir biyokütle hammaddelerinden elde edilen plastikler ve kompozitler sentetik polimerleri değiştirmek ve fosil yakıtlara küresel bağımlılığı azaltmak için umut verici malzemeler olarak görülmektedir. Yenilenebilir malzemeler arasında selüloz biyolojik bozunabilirlik, biyolojik uyumluluk ve yenilenebilirlik gibi çevre dostu özelliklerinden dolayı petrol esaslı polimerlerin yerini alması için en güçlü potansiyel aday olarak kabul edilir. Yüksek termal stabilite ve arzu edilen mekanik dayanım gibi üstün özellikleri sayesinde tekstil mühendisliği, gıda bilimi ve biyomedikal mühendisliği gibi çeşitli alanlarda kullanılmaktadır. Buradan yola çıkarak günlük hayatta kullandığımız selülozun uygun çözücüler içerisinde çözünmesi ve daha sonra elektrospinlenmesi amaçlanmıştır. Deneysel çalışmanın ilk kısmında ana hammade olan tuvalet kağıdının (selüloz) hidrojen bağlarını kırabilecek ve elektrospinlenmesini sağlayacak uygun bir çözücü araştırılmıştır. İlk olarak çözme işlemi gerçekleştirilmeden önce; selüloz, su+methanol ve DMAc ile aktive edilmiş ve %8'lik DMAc/LiCl içerisinde %2-3 arası konsantrasyonlarda çözme işlemi gerçekleştirilmişse de elde edilen çözeltinin viskozitesi çok yüksek kalmıştır. Electrospinning işlemi yüksek viskoziteden dolayı başarılı olamamıştır. Daha sonra ise çözeltinin ısıtılması denenmiş ;ama electrospinning işlemine başlayana kadar çözelti tekrardan oda sıcaklığına dönmüştür. İkinci ve üçüncü bir sistem olarak ise ısı tabancası ve infrared ısıtıcı kullanılmış ama cihazın sınırlarından dolayı istenilen sonucu vermemiştir. Deneysel çalışmanın ikinci kısmında ise çözücü TFA olarak değiştirilmiştir. %2-2,5 konsantrasyonlara sahip selüloz çözeltisi hazırlanmış ve viskozite ilk kısma göre daha düşük olmuştur. Bu sayede electrospinlenme işlemi gerçekleştirilmiştir. Elde edilen fiberler SEM, FTIR ve XRD ile incelenmiştir. %2,5 tuvalet kağıdı, %2,5 uzun elyaf ve %2,5 kısa elyafdan fiberler elde edilmiştir. Elde edilen FTIR sonuçlarından cast film uzun süre dışarıda durduğundan içerisindeki TFA pikine işaret eden 1790 cm-1''lik bant görülmemiştir. Nanofiberlerin bir miktar havaya maruz kaldıktan sonraki FTIR analizi sonucunda, ester gruplarının hava nemi ile hidroizi ve aynı zamanda doğal buharlaşma yoluyla TFA tortusunun kısmen uzaklaştığı görülmüştür. Daha uzun süreler havaya maruz kalındığında bu piklerin tamemen ortadan kaybolduğu görülmüştür. XRD sonuçlarından tuvalet kağıdından üretilen nanofiber amorf bir durum sergilemiştir. Bu selüloz nanofiberin gerilme özelliklerinin geneleksel çözelti spinlenmesinden daha düşük olduğunu düşündürmektedir. Sonuç olarak elde edilen selüloz nanofiberin amorf özellikte olması ve TFA'dan komple arındırılabilecek olması, hızlı biyodegrasyon için bir avantaj sağlayabilir ve selülozun biyo-uyumlu ve biyo-bozunabilir bir materyal olarak kullanılması amaçlanabilir.