Modelling of crystallization kinetics and investigation of affecting parameters on desired product properties in PCL composites with inorganic and organic additiv
Dosyalar
Tarih
2012
Yazarlar
Dergi Başlığı
Dergi ISSN
Cilt Başlığı
Yayıncı
Ege Üniversitesi
Erişim Hakkı
info:eu-repo/semantics/openAccess
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 öncesi ve sonrası 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 öncesi ve sonrası 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.
Açıklama
Anahtar Kelimeler
PCL, organik ve inorganik katkılı biyobozunur PCL kompozitleri, izotermal kristalizasyon kinetiği, izotermal olmayan kristalizasyon kinetiği, biyobozunma., PCL, biodegradable PCL composites with inorganic and organic additives, isothermal crystallization kinetics, nonisothermal crystallization kinetics, biodegradation., Kimya Mühendisliği Bölümü A.B.D.
