Studies on polylactide nanocomposites with polyhedral oligomeric silsesquioxane
Polihedral oligomerik silseskioksan içeren polilaktit nanokompozitleri üzerine çalışmalar
- Tez No: 630421
- Danışmanlar: PROF. DR. CEVDET KAYNAK
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Polimer Bilim ve Teknolojisi, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 166
Özet
Bu tezin ilk bölümünün ana amacı, üç parametrenin polihedral oligomerik silseskuioksan (POSS) parçacık katkılı polilaktit (PLA) matris nanokompozitlerinin mekanik ve termal özellikleri üzerindeki etkilerini araştırmaktır. İlk parametre olan“Dolgu İçeriği”için ağırlıkça %1, 3, 5, 7 temel POSS yapısı içeren nanokompozitler karşılaştırılmıştır. İkinci parametre olan“Fonksiyonel Grup”için sadece polar olmayan izobütil gruplarına sahip temel POSS yapısı, diğer üç fonksiyonel POSS yapısı ile karşılaştırılmıştır; bunlar aminopropilizobutil-POSS (ap-POSS), propandiolizobutil-POSS (pd-POSS) ve oktasilan-POSS (os-POSS)'dur. Üçüncü parametre olan“Kopolimer İle Uyumlaştırma”için, tüm numuneler maleik anhidrat (MA) graft edilmiş kopolimer ile uyumlaştırılma öncesi ve sonrası karşılaştırılmıştır. Numuneler çift vidalı ekstrüder eriyik karıştırma ile üretilmiş ve basınçlı kalıplama yöntemi ile şekillendirilmiştir. Çeşitli testler ve analizler göstermiştir ki, iyileştirilmiş mekanik özellikler için optimum dolgu miktarı ağırlıkça %1'dir; dayanım ve modül için optimum yapı pd-POSS yapısı iken, kırılma tokluğu açısından ise temel POSS yapısıdır. MA uyumlaştırmasının ek olarak kullanımı özellikle temel POSS ve os-POSS parçacıkları için etkili olmuştur. Hem PLA hem de POSS nanoparçacıkları biyouyumlu ve toksik olmayan karakterleri ile son zamanlarda biyomedikal parçalar için önemli bir seçenek oluşturmaları nedeniyle; bu tezin ikinci bölümünün ana amacı, 3B-yazıcı ile üretilmiş PLA/POSS nanokompozitlerinin basınçlı kalıplama ile üretilmiş PLA/POSS numunelerine göre performanslarını incelemektir. Her bir PLA matris katmanında POSS nanoparçacıklarının dağılımındaki daha yüksek üniformluk ve homojenlik nedeniyle, mekanik testler (çekme, eğme, tokluk) ortaya koymuştur ki 3B-yazıcı ile üretilmiş numunelerin dayanım, elastik modül ve kırılma tokluğu değerlerindeki iyileşmeler basınçlı kalıplama ile üretilmiş muadillerine göre çok daha yüksektir, faydaları % 13'ten % 78'e kadar artmıştır. Ayrıca, standart PBS (Fosfat Tamponlu Tuz Çözeltisi) tableti kullanılarak hazırlanan fizyolojik bir solüsyonda 37°C'de 120 gün tutulduktan sonra bile, 3B-yazıcı ile üretilmiş numunelerin fiziksel yapısında ve mekanik özelliklerinde neredeyse hiç bozulma olmadığı gözlenmiştir. Saf PLA ve POSS parçacık katkılı PLA gibi polimer bazlı nanofiber yapıların üstün özelliklerini elde etmek için en pratik tekniğin elektroeğirme olduğu bilinmektedir. Öte yandan, dikkate alınması gereken birçok farklı proses parametresi olması nedeniyle, bu fiberlerin üretimi son derece zor ve zaman alıcıdır. Bu yüzden, deneylerin tasarımında belirli bir istatistiksel optimizasyon tekniğinin kullanılması gerekli olacaktır. Dolayısıyla, bu tezin üçüncü bölümünün ana amacı optimum elektroeğirme parametrelerini belirlemek amacıyla Taguchi tekniğini önce saf PLA için uygulamak, ardından da bu optimum parametrelerin PLA/POSS nanofiberleri için uygulanabilirliğini ortaya koymaktır. PLA için en önemli 4 optimum işlem parametresini belirlemek için 81 deney yapmak yerine, Taguchi L9 ortagonal dizi deney matrisinin kullanılması, yani sadece 9 deney yapılması ile zaman, işçilik ve malzeme tüketiminin önemli ölçüde azaldığı gözlenmiştir. Ayrıca, polimer çözeltisine ağırlıkça sadece % 3 KCl tuzu ilave edildikten sonra, saf PLA için belirlenen optimum elektroeğirme parametrelerinin aynen PLA/POSS nanofiberleri için de kullanılabileceği sonucuna varılmıştır.
Özet (Çeviri)
The main purpose of the first part of this thesis was to investigate influences of three parameters on the mechanical and thermal properties of the polylactide (PLA) matrix nanocomposites filled with polyhedral oligomeric silsesquioxane (POSS) particles. For the first parameter of“Filler Content”, nanocomposites with 1, 3, 5, 7 wt% basic POSS structure were compared. For the second parameter of“Functional Group”, basic POSS structure having only nonpolar isobutyl groups were compared with three other functionalized POSS structures; i.e. aminopropylisobutyl-POSS (ap-POSS), propanediolisobutyl-POSS (pd-POSS) and octasilane-POSS (os-POSS). For the third parameter of“Copolymer Compatibilization”, all specimens were compared before and after their maleic anhydride (MA) grafted copolymer compatibilization. Specimens were produced with twin-screw extruder melt mixing and shaped under compression molding. Various tests and analyses indicated that the optimum filler content for the improved mechanical properties was 1 wt%; while the optimum structure for strength and modulus was pd-POSS structure, in terms of fracture toughness it was basic POSS structure. Additional use of MA compatibilization was especially effective for the basic POSS and os-POSS particles. Because of the biocompatible and nontoxic character of both PLA and POSS nanoparticles, recently being a significant alternative for biomedical parts; the main purpose of the second part of this thesis was to investigate performance of the 3D-printed PLA/POSS nanocomposites with respect to the compression molded PLA/POSS specimens. Due to the higher uniformity and higher homogeneity in the distribution of POSS nanoparticles in each PLA matrix layer, mechanical tests (tensile, flexural, toughness) revealed that the improvements in the strength, elastic modulus and fracture toughness values of the 3D-printed specimens were much higher compared to their compression molded counterparts, the benefits starting from 13% increasing up to 78%. It was also observed that there was almost no deterioration in the physical structure and mechanical properties of the 3D-printed specimens, even after keeping them 120 days at 37°C in a physiological solution prepared by using the standard PBS (Phosphate Buffered Saline) tablet. It is known that electrospinning is the most practical technique to obtain unique properties of polymer based nanofibrous structures, such as neat PLA and PLA filled with POSS particles. On the other hand, due to the so many different process parameters to consider, production of these fibers are extremely difficult and time consuming. That is, use of a certain statistical optimization technique in the design of experiments would be necessary. Therefore, the main purpose of the third part of this thesis was to determine the optimum electrospinning parameters by applying the Taguchi technique first to neat PLA and then to reveal the applicability of these parameters for the electrospinning of PLA/POSS nanofibers. It was observed that instead of conducting 81 experiments to determine the most significant 4 optimum process parameters for PLA, use of Taguchi L9 orthogonal array experiment matrix, i.e. conducting only 9 experiments, reduced time, labor and material consumption considerably. Moreover, it was generally concluded that these same parameters could be also used for the electrospinning of PLA/POSS nanofibers after addition of only 3 wt% KCl salt into the polymer solution.
Benzer Tezler
- Effect of polylactide molecular weight on cellulose nanocrystal dispersion quality
Polilaktitin molekül ağırlığının selüloz nanokristal dağılım kalitesine etkisi
ANIL DÜNDAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MOHAMMADREZA NOFAR
- Investigation of joncryl chain extender reactivity with amorphous and semicrystalline polylactide
Joncryl zincir uzatıcının reaktivitesinin amorf ve yarı kristalin polilaktit ile incelenmesi
YAVUZ AKDEVELİOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MOHAMMADREZA NOFAR
- Effect of preparation methods on morphology and rheological properties of PLA/CNC nanocomposites
Üretim yöntemlerinin PLA/CNC nanokompozitlerinin morfolojik ve reolojik özelliklerine etkisi
BURCU ÖZDEMİR
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MOHAMMADREZA NOFAR
- The effects of type and amount of organically modified montmorillonites on thermal degradation behavior and mechanical properties of poly(lactic acid)
Organik olarak modifiye edilmiş montmorillonitlerin poli(laktik asit)'in termal bozunum davranışı ve mekanik özellikleri üzerindeki etkisi
ESRA ÖZDEMİR
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Polimer Bilim ve TeknolojisiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. JALE HACALOĞLU
PROF. DR. İSMAİL TEOMAN TİNCER
- 3D printing of f-MWCNT incorporated plga/ha scaffolds for bone regeneration
Kemik rejenerasyonu için fonksiyonel ÇDKNT içerikli doku iskelelerinin 3B basılması
HATİCE KAYA
Doktora
İngilizce
2024
BiyomühendislikBoğaziçi ÜniversitesiBiyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DUYGU EGE