High strength polyisobutylene based structures: Synthesis,characterizaton and suitability for biomedical applications
Yüksek mukavemetli poliizobütilen bazlı yapılar: Sentezi,karakterizasyonu ve biyomedikal uygulamalarına uygunluğu
- Tez No: 831764
- Danışmanlar: PROF. DR. NİHAN NUGAY
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 188
Özet
Bu çalışmada 2 ana odak noktası bulunmaktadır: (i) iç içe geçen ağ ve poliüretan oluşumu yoluyla poliizobütilen yapılarının mukavemetinin arttırılması, özellikle, ikinci strateji kapsamında poliüretan yumuşak poliizobütilen fazının ek hidrojen bağı bölgeleri ve nano tabaka ilavesi ile güçlendirilmesi, (ii) bu yüksek mukavemetli poliüretan yapılarının biyomedikal uygulamalar için uygunluğunun ticari olan bir ürünle karşılaştırmalı olarak araştırılması. Bu kapsamda, HO-PIB-OH'dan esterleşme yolu ile hazırlanan HS-PIB-SH'ın çapraz bağlayıcı olarak üç işlevli bir alil bileşiği ile reaksiyona girdiği Tiyol-en kimyası kullanılarak PIB birincil ağı oluşturulmuştur. Başarılı ve kontrol edilebilir poliizobütilen ve polistiren bazlı iç içe geçen ağ oluşumunda ardışık iç içe geçen ağ metodu tercih edilmiştir. Birincil ağ yapısının homojenliği, artan çapraz bağ yoğunluğu ve azalan ağ boyutu olan temel ağ özellikleri, çözücülerdeki gelişmiş boyutsal kararlılık, artan gerilme mukavemeti, termal kararlılık ve sürünme geri kazanımı ile sonuçlanan başarılı iç içe geçen ağ yapısı oluşumunu kanıtlamıştır. Yeni sentezlenen yüksek mukavemetli poliizobütilen bazlı poliüretanların tümünde, inert PIB bariyerlerin hidrolitik ve oksidatif olarak savunmasız olan karbamat bağlarını koruduğu görülmüştür. Bunların yansıra, poliüretanların yumuşak PIB fazında ekstra hidrojen bağı bölgeleri oluşturmayı hedefleyen kükürt ilavesi, statik mekanik özellikler üzerinde çok etki olmasa da sert ve yumuşak fazlar arasındaki hidrojen bağlı kükürt atomları yoluyla kükürt içeren poliüretan (PIB S -PU) yapısının termal kararlılığını ve şaşırtıcı bir şekilde sürünme direncini arttırmıştır. Öte yandan, PIB S -PU yapısına eklenen nano tabakalar, eş-zincir genişletici/güçlendirici dolgu maddesi olan, organik olarak modifiye edilmiş montmorillonit (OmMMT), sert poliüretan segmentlerine kovalent olarak entegre ettiğinden, gelişmiş uzama, gerilme mukavemeti, sürünme direnci ve hidrolitik- oksidatif kararlılık hassas üretan bağlarını ve yumuşak fazda yer alan kükürt oksidasyonunu önlemiştir. Ayrıca, bu yüksek mukavemetli poliizobütilen bazlı poliüretan yapılarının biyomedikal uygulamalar için uygunluğu, yüzey sertliği, yükleri, pürüzlülüğü, ıslanabilirliği, kimyasal işlevselliği ve su ortamındaki boyutsal kararlılığını içeren öncül yüzey özelliklerine göre değerlendirilmiştir. Ardından, kalsifikasyon direnci, protein adsorpsiyonu, hücre tutunması, hücre canlılığı ve bakteri direnci incelenmiştir. Yüksek mukavemetli PU'ların bu özelliklerinin (i) artan hidrolitik ve oksidatif kararlılık (ii) PBS ortamında daha yüksek boyutsal kararlılık nedeniyle biyomedikal uygulamalarda klinik olarak geniş çapta implante edilen PDMS bazlı poliüretan Elast-Eon®'dan üstün olduğu sonucuna varılmıştır. Sonuç olarak, yaygın ve ticari olarak kullanılan bu poliüretanın, yeni sentezlenmiş poliizobütilen bazlı poliüretanlardan daha düşük in-vitro biyouyumluluğa ve daha yüksek sitotoksisiteye sahip olduğu saptanmıştır.
Özet (Çeviri)
In this study, there are two main focuses: (i) increasing the strength of polyisobutylene structures via interpenetrating network and polyurethane (PU) formation. Specifically, the latter strategy involves strengthening polyurethanes with the additional hydrogen-bonding sites in PIB soft domain and nanolayers, (ii) investigating the suitability of these high strength PUs for biomedical applications by comparing them with the commercial one. In this context, PIB primary network was synthesized by using Thiol-ene (click) chemistry, in which HS-PIB-SH, prepared from HO-PIB-OH via esterification, reacted with a trifunctional allyl compound as a crosslinker. Sequential IPN method were preferred to be used for successful and controllable PIB/PS based IPN formation. The fundamental network characteristics, which are homogeneity of primary network, increased crosslink density and decreased mesh size, proved the successful IPN formation resulting in enhanced dimensional stability in solvents, tensile strength, thermal stability as well as creep resistance. Newly synthesized high strength PIB-based PUs all showed that inert PIB barriers enhanced the protection of hydrolytically and oxidatively vulnerable carbamate bonds. Among them, sulfur addition aiming extra H-bonding sites in PIB soft phase of PUs was not very affective on static mechanical properties but improved thermal stability and surprisingly increased creep resistance of sulfur-containing PIB based PU (PIB S -PU) via H-bonded S atoms (N-H…S) between hard and soft phases. Nanolayers addition to PIB S -PU, on the other hand, enhanced elongation, tensile strength, creep resistance and hydrolytic-oxidative stability since as a co-chain extender/reinforcing filler, organically modified montmorillonite (OmMMT) covalently integrates hard PU segments, shields the vulnerable urethane linkages, and prevents the sulfur oxidation in soft segments. Besides, suitability of these high strength PIB based PUs for biomedical applications were evaluated in terms of first preliminary surface properties including surface stiffness, charges, roughness, wettability, chemical functionalities, and dimensional stability in water medium. Then, calcification resistance, protein adsorption, cell attachment, cell viability and bacterial resistance of them were investigated. It has been found that these properties of high strength PUs were superior to clinically widely implanted PDMS-based polyurethane, Elast-Eon®, in the biomedical applications due to (i) increased hydrolytic and oxidative stability (ii) higher dimensional stability in PBS medium. In short, the commercial one was found to have lower in vitro biocompatibility as well as higher cytotoxicity than newly synthesized PIB based PUs.
Benzer Tezler
- Synthesis of novel polyisobutylene/polystyrene and polyisobutylene/modified soybean oil based polyurethanes and their characterizations
Yeni poliizobütilen/polistiren ve poliizobütilen/modifiye soya yağı esaslı poliüretanların sentezi ve karakterizasyonları
ELİF KURNAZ
- Sert latekslerden film oluşumunun faton soğurma yöntemi ile çalışılması
Başlık çevirisi yok
FİGEN KENEROĞLU
- Eksantrik yük etkisi altında karbon fiber polimer sargılı betonarme kolonların davranışlarının incelenmesi
Investigation of the behavior of carbon fiber polymer wrapped reinforced concrete columns under eccentric load effect
DUYGU ERTÜRKMEN
Doktora
Türkçe
2017
İnşaat MühendisliğiÇukurova Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CENGİZ DÜNDAR
- Otomotivlerde kullanılan crash boxların CMT yöntemi ile birleştirilebilirliğinin ve mekanik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of combinability and mechanical properties of crash boxes used in automotives with CMT method
CİHAN YAKUPOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Metalurji MühendisliğiSakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesiİmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FARUK VAROL
- Yüksek dayanımlı kendiliğinden yerleşen betonlar
High strength self-compacting concretes
OĞUZHAN YÜCE
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
Teknik EğitimAfyon Kocatepe ÜniversitesiYapı Eğitimi Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. OSMAN ÜNAL
