Improvement of antibacterial and mechanical properties of textile surfaces by electrospinning process

Abstract

ÖzetBirçok alanda olduğu gibi, elyaf üretiminde de nano malzemelerin üretiminin ve kullanımının hızla artması, bu alanda yapılan çalışmaları da geliştirmiş ve değiştirmiştir. Nano ve mikro boyuttaki lifler ile elde edilen gözenekli yapılar sayesinde hacme oranla daha geniş bir yüzey alanı, çok küçük gözenek boyutları, yüksek mekanik özellikler ve esnek yüzey fonksiyonelliği elde edilebilmekte ve bu doğrultuda kullanılan en yaygın yöntem olarak da elektroçekim metodu karşımıza çıkmaktadır. Elektroçekim metodu ile elde edilen yüzeylerin filtrasyon, kompozit ya da tıbbi tekstiller alanında yaygın olarak kullanıldığı görülmektedir. Polimer içeren nanoliflerin elde edilmesi için kullanılan en etkin yöntemlerden biri olan elektroçekim ile, hazırlanan çözelti uygun bir çözücüde çözünür ya da ısı ile eritilerek kullanılabilir hale getirilir. Ardından hazırlanan polimer çözeltisi ya da eriyik, elektriksel olarak yüklenerek (50 kV’a kadar) bir iğneden ya da kapilar bir uçtan püskürtme prensibi ile işlem görür. Bu işlem akışı sonucunda toplayıcı levhada oluşan ağımsı yüzey çaplarının 30 nm ile 1 mikronun üzerindeki değerlerde lifler elde edildiği bilinmektedir. Ayrıca birçok farklı polimer türünün de elde edilebilmesini sağlayan elektroçekim yöntemi oldukça verimlidir. Diğer taraftan, tekstil yüzeylerinin kaplama işleminde uygulanan kaplama formülasyonlarına, istenilen farklı özelliklere sahip nano/mikro tanecikler eklenerek, anti bakteriyellik, güç tutuşurluk, su ve/veya yağ iticilik, iletkenlik, buruşmazlık gibi yapısal, fiziksel ya da kimyasal özellikler kazandırılabilmektedir. Uygulanan her işlem kumaşın kullanım alanını belirlemektedir. Kaplama prosedürü sırasında kullanılan tanecik türü ve miktarının hedeflenen ürün performansını göstermesi prosesin nihai hedefidir. Bu açıdan hem kaplama malzemesinin hem de miktarın optimum seviyede seçilmesi gerekir. Ayrıca yüzey üzerinde homojen bir dağılım sağlaması ürün performansının yanında kaplama işleminin kalitesini de belirler. Bu çalışma kapsamında, dokuma yöntemi ile üretilmiş, birim alan ağırlığı 100 g/m2 olan pamuk, keten ve bambu iplliklerden elde edilen bezayağı dokuma yüzeylere ZnO, TiO2 ve SiO2 antibakteriyel malzemeler ile kaplama yapılarak üzerine Polivinil alkol (PVA) + Benzalkonyum Klorür (BAC) ve Polilaktik asit (PLA) + BAC çözeltileri ile elektroçekim işlemi uygulanmış ve elde edilen hibrit yapının mekanik ve antibakteriyellik özellikleri incelenmiştir. Tekstil yüzeylerinin fiziksel ve mekanik davranışları ile birlikte, SEM ve FT-IR sonuçları değerlendirilmiştir. Üçüncü aşamada uygulanan PLA + BAC çözeltisi ile kaplandıktan sonra %100 antibakteriyel yapı elde edilmiştir. Bu doktora çalışması ile tek kullanımlık ürün olarak tasarlanmış olan hibrit yapının, antibakteriyel, dermatolojik ve toksik olmayan bir yüzey formunda elde edilmesi sağlanmıştır.As in many fields, the rapid increase in the production and use of nano materials in fiber production has developed and changed the studies in this field. Thanks to the porous structures obtained with nano- and micro-sized fibers, a larger surface area, very small pore sizes, high mechanical properties and flexible surface functionality can be obtained, and the most common method used in this direction is the electrosorption method. It is seen that the surfaces obtained by the electrosorption method are widely used in the fields of filtration, composites or medical textiles. With electrogravity, which is one of the most effective methods used to obtain polymer-containing nanofibers, the prepared solution is dissolved in a suitable solvent or made available by melting with heat. The prepared polymer solution or melt is then electrically charged (up to 50 kV) and sprayed through a needle or capillary tip. As a result of this process flow, it is known that the reticulated surface diameters formed on the collector sheet produce fibers with values ranging from 30 nm to over 1 micron. In addition, the electrosorption method, which enables many different polymer types to be obtained, is highly efficient and economical.On the other hand, nano/micro particles with different desired properties can be added to the coating formulations applied in the coating process of textile surfaces to provide structural, physical or chemical properties such as antibacterial, flame retardancy, water and/or oil repellency, conductivity, wrinkle resistance. Each process applied determines the area of use of the fabric. The ultimate goal of the process is to ensure that the type and amount of particles used during the coating process will achieve the targeted product performance. In this respect, both the coating material and the amount should be selected at the optimum level. In addition, a homogeneous distribution on the surface determines the quality of the coating process as well as the product performance. In this study, ZnO, TiO2 and SiO2 antibacterial materials were coated on the plain weave surfaces obtained from 100 g/m2 weight cotton, linen and bamboo spunbonds prepared as woven textiles and electroshrunk with Polyvinyl alcohol (PVA) + Benzalkonium Chlorur (BAC) and Polylactic acid (PLA) + BAC solutions and the mechanical and antibacterial properties of the hybrid structure obtained were measured. The physical and mechanical behaviors of the obtained textile surfaces as well as SEM and FT-IR results were evaluated. The application of PLA + BAC solution in the third stage resulted in achieving a 100% antibacterial structure. With this PhD study, the hybrid structure, designed as a disposable product, was obtained in the form of an antibacterial, dermatological and non-toxic surface