Nanopartikül takviyeli PVA nano fiber üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of nanoparticle doped PVAnano fibers
Yazar: MERVE BALKAŞ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ NİLÜFER DUYGULU
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Bu yüksek lisans tez çalışmasında PVA çözeltisi içerisine Bor, Bor Oksit, Bor Nitrür,
Magnezyum oksit gibi çeşitli metal ve metal oksit nano parçacık katkılaması yapılarak
optimum nano fiber üretim parametreleri belirlenmiştir. Elde edilen bu nano fiberlere
morfolojik, kimyasal, gözeneklilik, su adsorbsiyon analizleri yapılmış olup, üretilen nano
parçacık katkılı PVA nano fiberlerin antibakteriyel etkinliği, S. aureus ve E. coli
bakterileri kullanılarak ölçülmüştür.
Tüm nano parçacık katkılanmış nano fiberler katkısız ağırlıkça %10 PVA konsantrasyonu
ve 5 ml/s akış hızı ile üretilmiş çapı 420.82 ± 91.8 nm olan PVA nano fiber ile
kıyaslanmıştır. Değişen çözelti ve proses parametrelerinin MgO nano parçacık katkılı
PVA nano fiberleri üzerindeki etkilerini inceleyebilmek için ağırlıkça %10'luk PVA
çözeltisine ağırlıkça %2, %3, %4'lük MgO katkılayarak 9 kV gerilim değerinde 1,3,5
ml/s akış hızında elektro eğirme işlemi gerçekleştirilmiştir. MgO nano parçacık katkısının
PVA nano fiber çaplarında artış meydana getirdiği tespit edilmiştir. En iyi fiber dağılımı
%4 MgO nano parçacık katkısı, 2.5 saat çözelti karıştırma süresi ve 3 ml/s akış hızında
elektro eğrilen ve fiber çapı 437.04±63.4 nm olup en az standart sapma değerine sahip
PVA_7_MgO kodlu MgO nano parçacık katkılı PVA nano fiberdir. MgO katkısı için
optimum ağırlıkça yüzde olarak %4 seçilmiş olup, optimum akış hızının 3 ml/s olduğu
tespit edilmiştir.Değişen çözelti ve proses parametrelerinin B nano parçacık katkılı PVA
nano fiberleri üzerindeki etkilerini inceleyebilmek için ağırlıkça %10'luk PVA
çözeltisine ağırlıkça %1, %2, %4'lük B nano parçacık katkılayarak 9 kV gerilim
değerinde 1,3,5 ml/s akış hızında elektro eğirme işlemi gerçekleştirilmiştir. B katkılı PVA
nano fiberler katkısız PVA nano fiber ile kıyaslandığında daha ince çap ölçüsüne sahip
fiberler elde edildiği gözlemlenmiştir. Fiberlerin çaplarındaki genel olarak bu azalışın
sebebinin B nano parçacıklarının elektriksel iletkenliklerinin yüksek olmasından
kaynaklandığı düşünülmektedir. En iyi fiber dağılımı ağırlıkça %4 B nano parçacık
katkısı, 1 ml/s akış hızı ile elektro eğrilen ve fiber çapı katkısız PVA ile kıyaslandığında
%23,95 azalma ile 320 ± 41.73 nm olan B nano parçacık katkılı PVA nano fiberdir.
Değişen çözelti ve proses parametrelerinin BN nano parçacık katkılı PVA nano fiberleri
üzerindeki etkilerini inceleyebilmek için ağırlıkça %10'luk PVA çözeltisine ağırlıkça %2
ve %4'lük B nano parçacık katkılayarak 9 kV gerilim değerinde 1,3,5 ml/s akış hızında
elektro eğirme işlemi gerçekleştirilmiştir. En iyi fiber dağılımı ağırlıkça %2 BN nano
parçacık katkısı, 1 ml/s akış hızı ile elektro eğrilen ve fiber çapı katkısız PVA ile
kıyaslandığında %1.1 artış ile 425.33±76.7 nm olan BN nano parçacık katkılı PVA nano
fiberdir. Fiber dağılımının daha stabil olması uzun karıştırma sürelerinde homojen bir
çözelti elde edilmesinden kaynaklandığı düşünülmektedir. B2O3 nano parçacık
katkılamasıyla elektro eğirme işlemi katkılı çözelti visko elastik bir hal aldığı için
gerçekleştirilememiştir ve B2O3 ile çalışmalar yarıda bırakılmıştır. Bununla beraber en
fazla antibakteriyel etkinin ise MgO nano parçacık katkılı PVA nano fibere ait olduğu
tespit edilmiştir. Gözeneklilik miktarının da lif inceliği ile doğru orantılı olduğu
kanıtlanmıştır.

Abstract:
In this master's thesis study, optimum nanofiber production parameters were determined
by adding various metal and metal oxide nanoparticles such as Boron, Boron Oxide,
Boron Nitride, Magnesium oxide into the PVA solution. Morphological, chemical,
porosity, water adsorption analyses were performed on these nanofibers and the
antibacterial activity of the produced nanoparticle-added PVA nanofibers was measured
using S. aureus and E. coli bacteria. All nanoparticle-added nanofibers were compared
with the PVA nanofiber with a diameter of 420.82 ± 91.8 nm produced with a 10% PVA
concentration and a flow rate of 5 ml/s without additives. In order to examine the effects
of changing solution and process parameters on MgO nanoparticle-added PVA
nanofibers, electrospinning was carried out at a voltage value of 9 kV and a flow rate of
1,3,5 ml/s by adding 2%, 3%, 4% MgO to the 10% PVA solution. It was determined that
MgO nanoparticle addition caused an increase in PVA nanofiber diameters. The best fiber
distribution was obtained with 4% MgO nanoparticle addition, 2.5 hours solution mixing
time and 3 ml/s flow rate electrospun and the fiber diameter was 437.04±63.4 nm and the
minimum standard deviation value was PVA_7_MgO coded MgO nanoparticle added
PVA nanofiber. The optimum weight percent was selected as 4% for MgO addition and
the optimum flow rate was determined as 3 ml/s. To examine the effects of changing
solution and process parameters on B nanoparticle added PVA nanofibers, 1%, 2%, 4%
B nanoparticle additions were made to 10% PVA solution by electrospinning at 1,3,5 ml/s
flow rate at 9 kV voltage. It was observed that B added PVA nanofibers obtained fibers
with thinner diameters compared to PVA nanofibers without additives. It is thought that
the reason for this general decrease in the diameters of the fibers is the high electrical
conductivity of B nanoparticles. The best fiber distribution is the B nanoparticle doped
PVA nanofiber which is electrospun with 4 wt% B nanoparticles doping and 1 ml/s flow
rate and the fiber diameter is 320 ± 41.73 nm with a 23.95% decrease compared to the
undoped PVA. In order to investigate the effects of changing solution and process
parameters on the BN nanoparticle doped PVA nanofibers, 2 wt% and 4 wt% B
nanoparticles doping into 10 wt% PVA solution was carried out by electrospinning at 9
kV voltage value and 1,3,5 ml/s flow rates. The best fiber distribution is the BN
nanoparticle doped PVA nanofiber which is electrospun with 2 wt% BN nanoparticles
doping and 1 ml/s flow rate and the fiber diameter is 425.33±76.7 nm with 1.1% increase
compared to the undoped PVA. It was thought that the more stable fiber distribution is
due to obtaining a homogeneous solution in long mixing times. Electrospinning with
B2O3 nano particle doping could not be performed because the doped solution became
viscoelastic and the studies with B2O3 were abandoned. However, it was determined that
the highest antibacterial effect belonged to PVA nano fiber doped with MgO nano
particles. It was also proven that the amount of porosity is directly proportional to the
fineness of the fibers.