SELÜLOZ NANOKRİSTALİT(NANOWHİSKER) TAKVİYELİ SICAKLIK-SU DUYARLI POLİÜRETAN KOMPOZİT YAPILARIN TEKSTİL UYGULAMALARI

Tez Türü: Doktora

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Tekstil Mühendisliği Anabilim Dalı, Türkiye

Tez Danışmanı: Sibel Kaplan

Tezin Onay Tarihi: 2020

Tezin Dili: Türkçe

Desteklendiği Program: Öğretim Üyesi Yetiştirme Programı (ÖYP)

Özet:

Son yıllarda, değişen ortam koşullarına uyum sağlayabilen akıllı tekstil ürünleri içerisinde şekil hafızalı polimerler (ŞHP'ler) dikkat çekmekle beraber bu konuda özellikle son ürün performanslarıyla ilgili çalışmalar sınırlı sayıdadır. Bu tez çalışmasında, özellikle son yıllarda önem kazanan termal konfor ve performansı artırmaya yönelik, vücut ısısının arttığı veya terleme durumunda aktif hale geçebilecek, eş zamanlı olarak hem sıcaklık hem su/nem de duyarlı polimerlerin farklı formlarda tekstil ürünlerine uygulanması ile çok işlevli ürünlerin üretilmesi amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda, ŞHP'ler arasında en yaygın kullanım alanına sahip olan şekil hafızalı poliüretan (ŞHPU) selüloz nanokristalit (SNK) ile modifiye edilerek sıcaklığın yanında su/neme de duyarlı hale getirilmiştir. Elde edilen nanokompozit yapıdan film ve filament üretilmiş, yapı bitim işlemi olarak farklı özellikteki kumaşlara (dokuma/örme pamuk, yün ve poliester) uygulanmıştır.

Tez çalışmasında öncelikle, hammadde olarak seçilen vücut sıcaklık aralığına uygun ŞHPU polimer matrise SNK partiküllerinin anahtar geçiş elemanı olarak eklenmesi ile (kütlece %5-20) sıcaklık duyarlı matris malzemesi aynı anda su/neme de duyarlı hale gelmiştir. Yüzey aktif madde içeren bir modifikasyondan sonra homojen nanopartikül dağılımına sahip nanokompozit filmler üretilmiştir. Çalışmanın ikinci aşamasında nanokompozit yapılardan yaş lif çekimi yöntemiyle filament üretimi gerçekleştirilmiştir. Çalışmanın son aşamasında ise üretimi gerçekleştirilen ve karakterizasyonu tamamlanan nanokompozit yapılar, farklı hammadde ve yapılardaki kumaşlara şekil hafıza özelliği vasıtasıyla konfor ve kullanım performanslarının iyileştirilmesi amacıyla bitim işlemi olarak uygulanmış, sonuçlar hammadde ve yapıya bağlı olarak değerlendirmiştir. Üretilen nanokompozit film ve filamentlerin şekil hafıza performans özellikleri hem sıcaklık hem de su/nem etkisi ile şekil değişiminin incelendiği mekanik-termal-sulu programlama testi ile belirlenmiştir. Ayrıca, nanokompozit film ve bitim işlemi uygulanmış kumaşların dinamik koşullardaki geçirgenlik ve sıvı absorbsiyon kapasitesi özellikleri de incelenerek nanopartikül katkısının şekil hafıza, dolayısıyla da dinamik konfor iyileştirme performansı üzerindeki etkileri tespit edilmiştir. Belirtilen performans testlerinin yanı sıra partikül katkısının film, filament ve kumaşların kimyasal, yapısal, mekanik, termal, termo-mekanik özellikleri üzerindeki etkilerini de belirlemek amacıyla Fourier Dönüşümlü Kızıl Ötesi (FT-IR) spektroskopisi, Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), X-Işını Difraktometre (XRD), Diferansiyel Taramalı Kalorimetre (DSC), Termogravimetrik (TG), Dinamik Mekanik Analiz (DMA) analizleri ve mukavemet testi de gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, uygulanan bitim işlemi ile kabul edilebilir tutum ve mekanik özelliklerin sağlandığı kumaşların farklı giyim ve kullanım şartlarında torbalanma düzelmesinin yanı sıra kırışma düzelmesi ve kat tutma özellikleri ile yünlü kumaşta keçeleşme davranışları da incelenmiştir.

Şekil hafıza test sonuçlarına göre, modifikasyon işlemi sonucu homojen dağılım sağlanmış nanokompozit filmlerde %20 oranındaki SNK içeriği ile daha iyi morfolojik, termal, termo-dinamik ve mekanik özelliklerin yanı sıra sıcaklık ve su etkisinde %99'a varan şekil geri kazanım oranı (% 84'ü su/nem etkisiyle) ve %70 şekil kararlılık oranı elde edilmiştir. Farklı sıcaklık ve bağıl nem değerlerinde en iyi dinamik su buharı geçirgenliği ve absorbsiyon kapasitesi değerleri de aynı numunede elde edilerek bu yapının dinamik koşullarda en yüksek konfor iyileştirme performansına sahip olduğu tespit edilmiştir. Benzer şekilde ŞHPU-SNK nanokompozit yapılardan üretilen filamentlerde de %20 oranındaki SNK içeriği ile daha yüksek mukavemet ve şekil hafıza performansı elde edilmiştir. Bu yapılarda %100 oranındaki şekil geri kazanım performansının yaklaşık %85'i su/nem etkisi ile elde edilirken filmlerden farklı olarak şekil kararlılık oranı yaklaşık %87 civarındadır. Nanokompozit yapıların bitim işlemi olarak farklı hammaddelerdeki kumaşlara uygulanması aşamasında ise polimer konsantrasyonu konusunda kumaş tutumu ve performans üzerinden yapılan optimizasyon sonucunda %10'luk konsantrasyon uygun bulunmuş ve çalışmalara bu değer üzerinden devam edilmiştir. ŞHPU-SNK nanokompozit bitim işlemi özellikle %20 oranındaki SNK içeriği ile yün, pamuk ve poliester kumaşlarda termal konfor parametrelerinden akıllı geçirgenlik (hava ve su buharı geçirgenliği) ve ter absorbsiyon özelliği sağlamıştır. Dinamik geçirgenlik ve absorbsiyon kapasitesi test sonuçlarının yanı sıra nanokompozit bitim işlemi görmüş kumaşların yıkama, kurutma ve kullanım şartlarını simüle eden ortamlardaki dinamik torbalanma, kat tutma/kırışma düzelmesi ve boyutsal stabilite konularında da, en iyi performansı %20 SNK içeren ŞHPU-SNK nanokompozit bitim işleminin sağladığı tespit edilmiştir.

Sonuç olarak, bu tez çalışmasında vücut ısısının arttığı ve/veya terleme durumunda ıslaklık hissinin oluştuğu koşullarda konforun korunabilmesi için eş zamanlı olarak hem sıcaklık hem de su/nem duyarlı şekil hafızalı nanokompozit yapıların geliştirilmesi ve bu yapıların film, lif ve bitim işlemi formunda tekstile uyarlanması başarılı bir şekilde gerçekleştirilmiştir. Üç farklı formda da tüm özellikler açısından yüksek performans elde edilmesini sağlayan %20 SNK içeren ŞHPU-SNK nanokompozit yapıların, özellikle sporcular veya belirli iş kollarında çalışan kişiler için dinamik şartlarda sıcaklık ve nem yönetimi yapabilen katma değeri yüksek akıllı giysilerin üretiminde kullanılabileceği düşünülmektedir. Konfor yanında bazı performans özelliklerinin de şartlara uygun olarak iyileştirilebildiği kumaşların gelecekteki Ar-Ge çalışmaları ve yerli ürünler için bir altyapı olabileceği düşünülmektedir.