Effect of soft segment structure and hard segment content on the surface and bulk properties of segmented polyurethaneureas
Yumuşak kısım yapısı ve sert kısım miktarının poliüretanürelerin yüzey ve yığın özellikleri üzerindeki etkisi
- Tez No: 374453
- Danışmanlar: PROF. DR. İSKENDER YILGÖR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2014
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyomedikal Bilimler ve Mühendislik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 88
Özet
Çok kısımlı termoplastik poliüretanlar, poliüreler ve poli(üretanüre)ler (TPU) yığın ve yüzey özelliklerinin ilginç kombinasyonu sayesinde bir çok sektörde geniş uygulama alanları bulurlar. Biyomedikal alanı, termoplastik poli(üretanüre)lerin son zamanlarda özellikle kan temas uygulamaları için kullanılmaktadır. TPU'ların biyomedikal malzeme olarak geniş kullanım bulmalarının nedeni, kan ve doku uyumunu sağlayacak yığın ve yüzey özelliklerini elde edebilmek adına kontrollü bir şekilde tasarlanabilir ve sentezlenebilir olmalarıdır. [1] Bu çalışmanın ana amacı biyomedikal uygulamalar için tasarlayıp sentezlediğimiz TPU'larda (i) yumuşak kısım yapısının, (ii) yumuşak kısım moleküler ağırlığının ve (iii) sert kısım miktarının bu kopolimerlerin morfoloji, yığın ve yüzey özelliklerine yaptığı etkileri araştırmaktır. Buna ek olarak, kopolimerlerin yüzey enerjileri ile üzerlerinde büyüyen biyofilmlere karşı olan dirençleri arasındaki ilişkiyi araştırmaktır. Bu amaçla bu tez çalışmasında genel olarak iki aşamalı bir sentez yöntemi (prepolimer yöntemi) kullanılarak beş farklı yumuşak kısımdan oluşan çok sayıda termoplastik poli(üretanüre), poliüretan ve poliüre kopolimerleri sentezlenmiş ve karakterize edilmiştir. Sert kısımlar, halkalı alifatik bis(4-izosiyanatosiklohekzil)metan (HMDI) ve zincir uzatıcı olarak 2-metil-1,5-diaminopentan (MDAP) veya 1,4-bütandiol (BD) kullanılarak oluşturulmuştur. Yumuşak kısımlar ise polietilen glikol (PEO), polipropilen glikol (PPO), politetrametilen glikol (PTMO), aminopropil veya hidroksialkil uçlu polidimetilsiloksan (PDMS) ve hidroksil uçlu poliflorüreter (PFE) (E10-H®) oligomerleri kullanılarak oluşturulmuştur. Birkaç istisna dışında, sert kısımlar ağırlıkça %20 ve %30 olarak sabit tutulmuştur. Yumuşak kısımların moleküler ağırlıklarının polimer üzerindeki etkisini araştırmak için sentez esnasında ortalama molekül ağırlıkları 1.000 ve 2.000 g/mol olan oligomerler kullanılmıştır. Yığın ve yüzey özelliklerini belirlemek amacıyla bütün kopolimerler FTIR (Fourier Transform Kızılötesi Spektroskopisi), DSC (Diferansiyel Taramalı Kalorimetri), SAXS (Düşük açılı X-Işınları Saçılımı), AFM (Atomik Kuvvet Mikroskopisi), XPS (X-Işınları Fotoelektron Spektroskopisi), çekme-kopma deneyleri ve suyun polimer yüzeyi ile yaptığı kontak açısı ölçümleri ile karakterize edilmişlerdir. Yüzey enerjilerinde farklılık gösteren polimerler seçilmiş ve üzerlerinde biyofilm oluşum testleri yapılmıştır. Yüzey özelliklerinin farklılık göstermelerine rağmen bütün polimerde yoğun oranda biyofilm oluşması gözlemlenmiştir. Karakterizasyon sonuçları, polieter bazlı polimerlerde ve özellikle de PEO bazlı polimerlerde, PDMS ve PFE bazlı kopolimerlerle karşılaştırıldıkları zaman, zayıf oranda mikrofaz ayrımı olduğunu gösterdi. Bu çalışmada kullanılan polieterlerin çözünürlük parametrelerinin yüksek olmalarından ve PDMS ve PFE'lerden farklı olarak eter gruplarının üretan ve üre grupları ile hidrojen bağı yapabilmelerinden ötürü bu beklenen bir sonuçtu. Kontak açısı ölçümleri, yumuşak kısmın kimyasal farklılığına ve ortalama molekül ağırlıklarına bağlı olarak polimerlerin yüzey özelliklerinin oldukça farklı gösterdiğini kanıtlamıştır. XPS çalışmaları ise yumuşak kısımların genel olarak yüzeyde toplandığını ve çözünürlük parametrelerine göre kopolimer yüzeylerine hidrofobik veya hidrofilik özellik verdiğini göstermiştir. Yüzeydeki enerji farklılıklarının kopolimer yüzeyindeki biyofilm oluşma derecesini etkilemediği gözlemlenmiştir. Literatürde bakterilerin yüzeye tutunma mekanizmaları hakkında bir çok alternatif bulunmaktadır [2]. Bazı çalışmalar bakterilerin hidrofilik yüzeylere daha rahat tutunduklarını gösterirken [3], bazı çalışmalar ise bakterilerin hidrofobik yüzeylere daha rahat tutunduklarını göstermektedir [2]. Ayrıca her bakteri türünün yüzeye tutunma mekanizmasının farklı olması da, bu konsepti açıklamayı daha karmaşık hale getirir. [4] Bu çalışmamız literatüre bu konuda bir katkı sağlayacak niteliktedir ve Staphylococcus aureus 700698 bakteri türünün yüzeye tutunma mekanizmasının yüzeyin hidrofobik ya da hidrofilik olmasına göre değişim göstermediğini önerir.
Özet (Çeviri)
Due to their interesting combination of bulk and surface properties segmented thermoplastic polyurethanes (TPU), polyureas and polyurethaneureas (TPUU) find wide range of applications in many diverse fields. One of the emerging applications of TPUUs include their usage as biomaterials in blood contacting applications. This is mainly due to the possibility of designing and synthesizing TPUUs with controlled bulk and surface properties that possess very good blood and tissue compatibility. [1] The main goals of this study were the investigation of the influence of; (i) soft segment (SS) structure, (ii) SS molecular weight and (iii) hard segment (HS) content on the morphology and bulk and surface properties of TPUUs. In addition, another aim was to investigate the relationship between the surface energies of copolymers and their resistance to biofilm formation. A large number of segmented thermoplastic poly(urethaneurea)s (TPUU), polyurethanes (TPU) and polyureas (PU) based on five different SS were synthesized by using the conventional two step“prepolymer”polymerization method (or in one step if the polymer was non-chain extended) and characterized. Bis(4-isocyanatocyclohexyl)methane (HMDI) was used as the diisocyanate and 2-methyl-1,5-diaminopentane (MDAP) or 1,4 butanediol (BD) was used as the chain extender. Five different SS which were used in this study included poly(ethylene oxide) glycol (PEO), poly(propylene oxide) glycol (PPO), poly(tetramethylene oxide) glycol (PTMO), aminopropyl and hydroxyhexyl terminated polydimethylsiloxane (PDMS) and a hydroxy terminated polyfluoroether (PFE) oligomer (Fluorolink E10-H®). HS contents of the copolymers were generally kept constant at 20 and 30% by weight with a few exception. To investigate the influence of the molecular weight, SS oligomers with two different molecular weights of 1,000 and 2,000 g/mol were used during the synthesis. The bulk and surface properties of all polymers were characterized by using a large number of techniques, which included; ATR-FTIR (Attenuated Total Reflection Fourier Transform Infrared), DSC (Differential Scanning Calorimetry), SAXS (Small Angle X-ray Scattering) and stress strain analysis, AFM (Atomic Force Microscopy), XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy) and static water contact angle measurements. Selected copolymers with different surface energies were also tested for biofilm formation. Results obtained indicated extensive biofilm formation on all samples regardless of their surface properties. Characterization results showed that polyether based copolymers, especially those with PEO SS, displayed poor microphase separation when compared with PDMS and PFE based copolymers. This is expected since the polyethers used in this study have higher solubility parameters and ether groups can form hydrogen bonding with urethane and urea groups, which is not possible in case of PDMS and PFE. Surface characterization by contact angle measurements showed dramatic differences depending on the SS structure and molecular weight. As indicated by XPS studies, in general the soft segments tend to migrate to the polymer surface and affect the hydrophobicity and hydrophilicity of the copolymer depending on their solubility parameters. The extent of biofilm formation was not affected by the surface energy differences within the copolymers. Many alternatives for the bacterium sticking mechanism on surfaces have been proposed in the literature. [2] Some studies suggest that bacterium tend to stick on hydrophilic surfaces[3], while other studies suggest that bacterium tend to stick on hydrophobic surfaces [2]. It should also be noted that the sticking mechanism of every strain of bacterium is different [4], which makes this concept even more challenging to explain. Therefore our study is a contribution to the literature on this topic and suggests that the sticking mechanism of Staphylococcus aureus 700698 strain of bacterium is not affected by the surface of the polymer being hydrophilic or hydrophobic.
Benzer Tezler
- Effect of soft segment structure and molecular weight on the properties of polyether based poly(urethaneurea)s
Yumuşak kısım kimyasal yapısı ve molekül ağırlığının polieter bazlı poli(üretanüre) kopolimerlerinin özelliklerine etkisi
SEDEF PIRIL ERTEM
Yüksek Lisans
İngilizce
2011
Polimer Bilim ve TeknolojisiKoç ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Bilim Dalı
PROF. DR. İSKENDER YILGÖR
- Polietilen glikol ve Hint yağı temelli şekil hafıza özelliği gösteren poliüretan filmlerin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of polyethylene glycol and castor oil based-shape memory polyurethane films
MİREY BONFİL
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. F. SENİHA GÜNER
- Investigation of the effect of the diisocyanate symmetry and soft segment molecular weight on the structure-property behavior of non-chain extended, segmented polyureas
Çok kısımlı poliüre kopolimerlerinde diizosiyanat yapısının ve yumuşak kısmı oluşturan oligomerin zincir uzunluğunun yapıya ve fiziksel ve mekanik özelliklere etkisinin incelenmesi
BORA İNCİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2007
Polimer Bilim ve TeknolojisiKoç ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF.DR. İSKENDER YILGÖR
ÖĞR.GÖR. EMEL YILGÖR
- İlaç yüklü pH duyarlı poliüretan filmlerin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of drug loaded ph sensitive polyurethane films
FULYA GÜLMEZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATMA SENİHA GÜNER
- Esnek poliüretan köpük üretiminden kaynaklanan atıklardan elde edilen poliolün esnek poliüretan köpük üretiminde kullanılması
Use of polyol obtained from wastes resulting from flexible polyurethane foam production in the production of flexible polyurethane foam
YAPRAK AKSU
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HANZADE AÇMA