Modelling of crystallization kinetics and investigation of affecting parameters on desired product properties in PCL composites with inorganic and organic additives
İnorganik ve organik katkılı PCL kompozitlerde kristalizasyon sürecinin modellenmesi ve istenen ürün özelliklerine etki eden parametrelerin incelenmesi
- Tez No: 304805
- Danışmanlar: DOÇ. DR. SERAP CESUR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: PCL, organik ve inorganik katkılı biyobozunur PCL kompozitleri, izotermal kristalizasyon kinetiği, izotermal olmayan kristalizasyon kinetiği, biyobozunma, Biyopolimerler, PLC, PCL, biodegradable PCL composites with inorganic and organic additives, isothermal crystallization kinetics, nonisothermal crystallization kinetics, biodegradation, Biopolymers, Programmable logic controller
- Yıl: 2012
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Ege Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu proje, biyobozunur polikaprolaktonun (PCL) kristalizasyonunun organik ve inorganik katkı maddeleri ile kontrolüne odaklanmıştır. Bu yüzden organik ve inorganik katkı maddeleri birlikte kullanılmıştır. PCL kompozit filmler, inorganik katkı maddesi çinko oksit (ZnO), organik katkı maddeleri oleik asit ve gliserol monooleat (GMO), çözücü döküm yöntemi ile çözücü olarak diklorometan (DCM) kullanılarak hazırlanmıştır.Hazırlanan kompozit filmler fiziksel, yapısal, mekanik, izotermal ve izotermal olmayan kristalizasyon kinetiği, ısıl, hızlandırılmış, enzimatik ve toprakta bozunma özelliklerine göre FTIR, SEM, Optik Gerilim Ölçer, İletkenlik Ölçer, XRD, DSC, Çekme Mukavemeti Test Cihazı ve TGA ile karakterize edilmiştir. İzotermal DSC analizlerinden hesaplanan kristallik derecesi yüzdece değerleri 30,94?47,31 % arasında değişmektedir. İnorganik ve organik katkı maddeleri ile kristallik derecesi yüzdelerinin kontrol edilebildiği görülmüştür. Akma gerilimlerinden etkileşim parametresi B (Pukanzky modeline göre) hesaplanmıştır. ZnO katkılı kompozit filmlerde Young Modülü'nün artması, dolgu varlığı nedeniyle PCL matrisinin hareketliliğin kısıtlanması ile PCL'in sertliğinin arttığını göstermektedir.İzotermal kristalizasyonda birincil çekirdeklenme kinetik parametreleri Avrami modelinden elde edilmiştir. Avrami üs sabiti n'nin 1,86 ile 2,73 arasında değişimi, kristallenmenin çekirdeklenme kontrolünde ve küresel yapıda olduğu, çekirdeklenme çeşidinin termal ve atermal çekirdekleme arasında değiştiği göstermiştir. İzotermal olmayan koşullarda kristalizasyonda birincil çekirdeklenme kinetik parametreleri Avrami Jeziorny, Ozawa ve Liu Mo modelleri ile değişik sıcaklıklarda elde edilmiştir. Örneklerin çekirdeklenme aktivitesi; ZnO'nun sıfıra yaklaşan ilavesinde ZnO'nun etkili bir şekilde çekirdeklendirici ajan olarak davrandığı sonucuna varılmıştır. İzotermal koşullarda polarize optik mikroskop gözlemlerinden siferulit hızı hesaplanmış, ZnO'nun çekirdeklendirici ajan olarak davrandığı ve kristal yapıyı bozduğu görülmüştür. İzotermal olmayan koşullarda siferulit hızı Lauritzen Hoffman modelinden elde edilmiştir. Sadece ZnO katkısının çekirdeklenme hızını artırması, ZnO'nun çekirdeklendirici ajan olarak davrandığı sonucunu desteklemiştir. İzotermal olmayan koşularda kristalizasyon aktivasyon enerjileri Kissinger ve Augis?Bennett modelleri ile hesaplanmıştır. Az miktarda ZnO katkısının kristallenme aktivasyon enerjisini arttırması yine ZnO'nun çekirdeklendirici ajan olarak davrandığı sonucunu desteklemiştir.TGA sonuçlarından Broido modeli ile elde edilen bozunma aktivasyon enerji değerleri katkı maddelerinin bozunma hızını arttırdığını göstermiştir. NaOH içinde hızlandırılmış bozunma testi PCL kompozit filmlerin hidrolizlenerek bozunduğunu ve kristallik arttıkça bozunmanın azaldığını göstermiştir. Enzimatik bozunmada hidroksi kaproik asitin difuzyon sabiti Fick modeli ile hesaplanmış, bozunma hızının kristallik arttıkça azaldığı görülmüştür. Enzimatik bozunma önce ve sonraki XRD paternleri bozunmanın önce amorf yüzeyde gerçekleştiğini göstermektedir. Toprağa gömme testlerinde, hidroksi kaproik asitin difuzyon sabiti yine Fick modeli ile hesaplanmış ve bozunma hızının kristallik arttıkça azaldığı görülmüştür. Toprakta bozunma önce ve sonraki XRD paternleri ile FTIR spektrumlarının nitel olarak benzer, nicel olarak farklı olması bakterilerin de önce amorf bölgeleri sindirdiğini göstermektedir.Deneysel ve istatistiksel analizler, inorganik ve organik katkı maddeleri ile PCL'in kristalizasyonunun kontrol edilebildiğini göstermiştir. Kristallik ile fiziksel, yapısal ve mekanik ürün özellikleri, izotermal ve izotermal olmayan kristalizasyon kinetiği, bozunma mekanizması ve kinetiği arasındaki ilişki elde edilmeye çalışılmıştır. Bu yeni kompozit malzemeler doku mühendisliği, kemik implantı, diş kanal dolguları, kontrollü ilaç salınımı ve gıda ambalajı uygulamalarında ürün özelliklerini geliştirmek için kullanılabilir.
Özet (Çeviri)
This project is focused on the crystallization control of biodegradable polycaprolactone (PCL) with organic and inorganic additives used together. PCL composite films prepared with zinc oxide as inorganic additive and oleic acid and glycerol monooleate as organic additives by solvent casting technique using dichloromethane as solvent.Prepared composite films were characterized according to their physical, structural and mechanical properties, isothermal and nonisothermal crystallization kinetics, and their thermal, accelerated, enzymatic and soil bruil degradation properties by FTIR, SEM, Optical Tensiometer, Resistivitymeter, XRD, DSC, tensile test analyzer, and TGA. Degree of crystallinity values from isothermal DSC analysis changed between 30.94?47.31%. It was observed that degree of crystallinity can be controlled by inorganic and organic additives. Interaction parameter B (according to Pukanzky Model) was calculated from tensile strength at yield of composite films. The increase in Young?s modulus of the ZnO-filled composites indicates an increase in the rigidity of the PCL related to the restriction of the mobility of the PCL matrix because of the presence of the fillers.Primary nucleation kinetics parameters for isothermal crystallization were obtained by Avrami model. Avrami exponent coefficient of n change between 1.86 and 2.73 showed that crystallization is controlled by nucleation and has spherical structure and nucleation type changes between thermal and athermal nucleations. Primary nucleation kinetics parameters for nonisothermal crystallization were obtained by Avrami Jeziorny, Ozawa and Liu Mo models at different temperatures. Nucleation activity values of samples were suggested that ZnO which were approached to zero act effectively as an nucleating agent. From optical microscopy with polarized light observation, spherulite growth rate was calculated. It was observed that small amount of ZnO act as nucleating agent and distorted the crystal structure. For nonisothermal crystallization, secondary nucleation kinetics obtained by Lauritzen Hoffman model. Only ZnO addition decreased to the Kg, this result was supported that ZnO acts as a nucleating agent. The activation energy of the nonisothermal crystalization process determined by Kissinger and Augis?Bennett models. The small amount of ZnO addition increased the activation energy. This result was also supported that ZnO acts as a nucleating agent.Degradation activation energy values obtained from Broido model from TGA thermograms were showed that additives are increased the rate of degradation. Accelerated degradation in NaOH test was showed that degradation of PCL composite films in basic medium was hydrolysed and degradation was decreased with increased degree of crystallinity. For enzymatic degradation, diffusivity coefficients of hydroxy caproic acid were calculated by Fick?s model. Rate of degradation was decreased with increased degree of crystallinity. From XRD patterns of before and after enzymatic degradation of samples showed that degradation occurred first at the surface of the amorphous phase. For soil burial test, diffusivity coefficients of hydroxy caproic acid were also calculated by Fick?s model. The results of XRD patterns and qualitatively similar but quantitatively different FTIR spectra of before and after soil burial test of samples were also indicated that first amorphous regions of the films were digested by bacteria.Experimental and statistical analysis results showed that the crystallization of PCL can be controlled with inorganic and organic additives. The relations between crystallinity and product properties as physical, structural and mechanical, isothermal and nonisothermal crystalization kinetics, and degradation mechanism and kinetics were tried to be obtained. These new composite materials can be used in tissue engineering, bone implant, root canal filling in dental, controlled drug delivery and food packaging applications with improved product properties.
Benzer Tezler
- Diesel motorları yakıt püskürtme sistemlerinin dinamik simülasyonu
Başlık çevirisi yok
İRFAN KARAGÖZ
Yüksek Lisans
Türkçe
1986
Makine MühendisliğiUludağ ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OĞUZ BORAT
- İki katlı pamuk ipliklerinden dokunan kumaşlarda örgüye bağlı olarak maksimum atkı sıklığının değişimi üzerinde bir araştırma
Başlık çevirisi yok
MELTEM ASLI NARTER
Yüksek Lisans
Türkçe
1985
Tekstil ve Tekstil MühendisliğiEge ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÜNGÖR BAŞER
- The Effect of government price support on wheat farming and wheat marketing in Turkey
Başlık çevirisi yok
GÜNEŞ GÜLSEN ÖZEL
Yüksek Lisans
İngilizce
1987
EkonomiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiYöneylem Araştırması Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALİM DOĞRUSÖZ
- Input-output modeling for Ankara water supply system
Ankara su temini sistemi için girdi-çıktı modellemesi
MEHMET GÜRSOY
Yüksek Lisans
İngilizce
1987
İnşaat MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. DOĞAN ALTINBİLEK
- An Experimental and analytical investigation of cam follower jump phenomenon
Başlık çevirisi yok
ŞÖLEN ŞEN
Yüksek Lisans
İngilizce
1987
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET ÇALIŞKAN
- Doğrusal programlama yardımı ile işletme biriminde tarımsal mekanizasyon planlaması
Başlık çevirisi yok
HANDAN YAKUT