Geri Dön

Polymer foaming with supercritical carbon dioxide

Süperkritik karbondioksitle polimer köpükleşmesi

PDF İndir

  1. Tez No: 416604
  2. Yazar: NOVENDRA NOVENDRA
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. ÇERAĞ DİLEK HACIHABİBOĞLU, PROF. DR. NESRİN HASIRCI
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2015
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 132

Özet

İlaç salımı gibi medikal uygulamalarda kullanılabilmesi amacıyla gözenekli ince film elde edebilmek için yüksek moleküler ağırlıklı yarı kristal yapılı poli(L-laktik asit) (PLLA) çevreye duyarlı ve zehirli olmayan süperkritik karbondioksit ile iki farklı katkı maddesi kullanılmadan ve kullanılarak işlenmiştir. Katkı maddelerinden biri CO2-uyumlu olan trifloropropil polihedral oligomerik silseskuioksan (TFPOSS) ve diğeri ise CO2-uyumsuz olan oktametil polihedral oligomerik silseskuioksan (OMPOSS)'dır. PLLA iyi mekanik özelliklere sahip olmasına rağmen, süperkritik CO2 ile işlenmesi makul sıcaklık ve basınçlarda düşük seviyede olmasından ötürü, literatürde süperkritik CO2 ile gözenekli PLLA hazırlanması ile ilgili sadece bir kaç çalışma mevcutttur. Bu çalışmada kullanılan polimer işleme parametreleri sıcaklık, doyma basıncı, boşaltım hızı, doyma süresi ve katkı maddesi çeşidi ile konsanstrasyonudur; sıcaklık 313-393 K, doyma basıncı 10.3-20.7 MPa, boşaltım hızı 0.2-10.3 MPa.dak-1, doyma süresi 2-24 saat ve katkı maddesi konsantrasyonu 10-30 % ağırlık aralığındadır. Sonuçlar, PLLA'nın 313 K gibi düşük ve 20.7 MPa gibi makul bir basınçta süperkritik CO2 ile işlendiğinde gözenekli bir yapı oluşturmadığını, ancak PLLA'ya ağırlıkça %10 TFPOSS eklendiğinde ve yine aynı koşullarda süperkritik CO2 (skCO2) ile işlendiğinde polimerin gözeneklenebilirliğinin arttırılabildiğini göstermiştir. Bu koşullarda skCO2 ile iki saatlik işlenmesi sonucu PLLA filminde yaklaşık %27 gözeneklilik elde edilmiştir. Aynı süreç koşullarında, polimer matrisindeki TFPOSS ağırlıkça % 30'a arttırıldığında, gözeneklilik derecesi de %40 değerine artmıştır. Aynı süreç koşullarında, ağırlıkça %30 CO2-uyumsuz olan (OMPOSS), yani CO2 ile herhangi bir sıcaklık veya basınçta homojen bir karışım oluşturmayan katkı maddesi kullanıldığında, gözenekli bir yapı elde edilmemiştir. Bu sonuç gözeneklendirilebiliriliğin kullanılan katkı maddesinin CO2-uyumlu olmasından ötürü elde edilebildiğini göstermektedir. skCO2 ile işleme koşulları polimerik filmlerin bir çok farklı özelliğini de değiştirebilmektedir. PLLA'nın süperkritik köpüklendirilmesinde, basıncın sabit sıcaklıkta arttırılmasının gözenek yoğunluğunu arttırdığı ve ortalama gözenek büyüklüğünü düşürdüğü gözlenmiştir. Sabit basınçta daha yüksek bir sıcaklıkta işlemenin ise ortalama gözenek büyüklüğünü arttırdığı gözlenmiştir. Tüm koşullar sabit tutulduğunda ve boşaltım hızı düşürüldüğünde ise ortalamanu gözenek boyutunun küçüldüğü gözlenmiştir. İşlenmiş filmlerin çentik darbe dayanımı da incelenmiş ve bu özelliğin işleme süresi ve PLLA'daki POSS yoğunluğu ile doğru orantılı olduğu gözlenmiştir. En yüksek çentik darbe dayanımı, 313 K ve 20.7 MPa süperkritik işleme koşullarında ve %30 POSS kullanıldığında, 3541 MPa olarak elde edilmiştir. Benzer şekilde filmlerin kristalinitesi de süperkritik işleme sonrasında artmıştır. Bu, CO2'nin polimer üzerinde plastikleştirme etkisinin olduğunu, dolayısıyla skCO2 işlemesi nedeniyle polimer zincirlerinin bir miktar hareketlilik kazandığını ve kendilerini yeniden organize ettiklerini, bunun da daha yüksek kristaliniteye sebep olduğunu göstermektedir. Ancak hiç bir süreç koşulu ya da katkı maddesinin kristalinite üzerinde belirgin bir etkisi olmamıştır. Son olarak hedeflenen biyomedikal uygulama olan ilaç salımı için incelendiğinde, elde edilen gözenekliliği arttırılmış filmler lokal antibiyotik uygulamaları için uygun olabilecek hızlı salım davranışı göstermiştir. 313 K ve 20.7 MPa koşullarındaki süperkritik işleme sürecinde TFPOSS'un PLLA filmlerinden tümüyle özütlenirken, daha yüksek sıcaklıklarda tümüyle özütleme gözlenmemiştir. TFPOSS'un bu süreç koşullarındaki scCO2'deki çözünürlüğünün belirlenmesi için TFPOSS'un literatürdeki çözünürlük datası modellenmiştir. Chrastil, Wang tarafından modifiye edilmiş Chrastil, Del Valle ve Aguilera, Kumar ve Johnston, Mendez-Santiago ve Teja, ve Bartle modelleri olacak şekilde altı farklı yarı empirik yoğunluk temelli model kullanılmıştır. En iyi çözünürlük tahmin performansı aynı zamanda kendi içinde tutarlılık testi de doğrusal olan Wang tarafından modifiye edilmiş Chrastil modeli ile elde edilmiştir.

Özet (Çeviri)

High molecular weight semi crystalline poly(L-lactic acid) (PLLA) was processed with environmentally benign and non-toxic supercritical carbon dioxide with and without the addition of two different additives to form porous polymeric thin films for biomedical applications such as drug delivery. One of the additives was a CO2-philic additive, trifluoropropyl polyhedral oligomeric silsesquioxane (TFPOSS), and the other was a non CO2-philic additive, octamethyl polyhedral oligomeric silsesquioxane (OMPOSS). Even though PLLA has good mechanical properties, there are only a few studies in literature on porous PLLA preparation with supercritical CO2 since the processability of this polymer with the supercritical fluid at moderate temperatures and pressures is quite poor. In this study, the chosen processing parameters were temperature, saturation pressure, venting rate, saturation time and additive concentration in the ranges of 313-393 K, 10.3-20.7 MPa, 0.2-10.3 MPa.min-1, 2-24 h, 10-30 wt%, respectively. The results showed that while PLLA did not form a porous structure when it was processed with supercritical CO2 at a temperature as low as 313 K and a moderate pressure of 20.7 MPa, addition of 10 wt% TFPOSS to PLLA improved its foamability when it was processed with supercritical carbon dioxide (scCO2) at the same conditions. About 27% porosity was obtained in the PLLA film with the addition of 10% TFPOSS at these conditions in 2 h processing with scCO2. At the same processing conditions, with an increase of TFPOSS to 30 wt% in the polymer matrix, the extent of porosity was improved further to value of 40%. At the same processing conditions, when 30% non CO2-philic additive (OMPOSS) was used, i.e. does not form a homogenous mixture with the CO2 at any temperature and pressure, no porous structure was obtained. This shows that the porosity improvement was obtained due to the CO2-philicity of the used additive. Conditions of processing with scCO2 can change many aspects of the polymeric films as well. In the supercritical foaming of PLLA, it was observed that increase in pressure at constant temperature resulted in increase in the pore density and decreased the average pore size. Processing at a higher temperature at constant pressure, increase the average pore size. The average pore size decreased, by decreasing the venting rate while keeping all the other conditions constant. The indentation hardness of the processed films was also analyzed and it was observed that this property was directly proportional with the processing time and POSS concentration in the PLLA. The maximum indentation hardness was obtained as 3541 MPa, with the use of 30% POSS, at the supercritical processing conditions of 313 K and 20.7 MPa, 24 h. Similarly, crystallinity of the films also increases after supercritical processing. This shows that CO2 had a plasticizing effect on the solid polymer, so that polymer chains gain some mobility and reorganize themselves due to scCO2 processing which is leading to higher crystallinity. However, none of the parameters and the additives had a significant effect on the crystallinity of the obtained films. Finally when the obtained films with the enhanced porosity were tested for drug delivery, which is the targeted biomedical application, the films exhibited a burst release behavior, which can be suitable for local antibiotic applications. It was observed that at 313 K and 20.7 MPa, complete extraction of TFPOSS from the PLLA films was obtained during the processing, while at higher temperatures, complete extraction was not observed. In order to estimate the solubility of TFPOSS in scCO2 at the processing conditions, the solubility data of TFPOSS obtained from literature was modeled. Six different semi-empirical density-based models, including Chrastil, Chrastil modified by Wang, Del Valle and Aguilera, Kumar and Johnston, Mendez-Santiago and Teja, and Bartle models were used. The best solubility predicting performance was obtained with Chrastil modified by Wang model, which also exhibited a linear self-consistency test.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    717227

    Karşı gaz basınçlı plastik enjeksiyon kimyasal köpürtme üretim yönteminde proses parametrelerinin gözenek yapısı ve yüzey parlaklığına etkilerinin incelenmesi

    Analysis the effects of process parameters on pore structure and surface gloss in chemical foaming plastic injection molding process with gas counter pressure

    BURAK ERKAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ALİ GÖKŞENLİ

  2. Tez No

    244380

    Surface modification of silica aerogels by hexamethyldisilazane-carbon dioxide mixtures and their phase equilibria

    Silika aerojellerin hexametildisilazan-karbon dioksit karişimlariyla yüzey modifikasyonu ve hexametildisilazan-karbon dioksit karişimlarinin faz davranişlari

    AYŞE MERİÇ KARTAL

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2009

    Kimya MühendisliğiKoç Üniversitesi

    PROF. DR. CAN ERKEY

  3. Tez No

    202748

    Fluorinated nanofibers for potential biomedical applications

    Biyomedikal alanlarda kullanılabilecek florlu nanofiberler

    BURCU SANER

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2007

    KimyaSabancı Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ.DR. YUSUF Z. MENCELOĞLU

  4. Tez No

    269886

    Biyobozunur polimerik materyaller ve/veya bunların kalsiyum fosfat kompozitlerinin üretimi ve sert doku onarımında kullanımı

    Production of biodegradable polymeric materials and/or their calcium phosphate composites and their use in hard tissue repair

    HALİL MURAT AYDIN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2008

    BiyomühendislikHacettepe Üniversitesi

    Biyomühendislik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ERHAN PİŞKİN

  5. Tez No

    467233

    Preparation and characterization of nanocomposite foams based on polysulfone and graphene nanoparticles

    Polisülfon ve grafen nanoplaka içeren nanokompozit köpüklerin üretimi ve karakterizasyonu

    MUSTAFA KEREM YÜCETÜRK

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SÜHEYLA AYDIN

Geri Dön