Polyethylene oxide-hydroxyapatite composite and microporous polyethylene oxide-polymethacrylic acid polymer complex preparation and characterization

Abstract

öz POLİETÎLEN OKSİT-HÎDROKSİAPATİT KOMPOZİTÎ VE MİKROGÖZENEKLİ POLİETİLEN OKSİT-POLİMETAKRİLİK ASİT POLİMER KOMPLEKSİ HAZIRLAMA VE KARAKTERİZASYONU Banat Raid M. I. Ph.D., Kimya Bölümü Tez Danışmanı: Prof. Dr. Teoman Tinçer Mayıs 2002, 83 sayfa Bu çalışmanın ilk kısmı, polietilen oksit (PEO) ve polietilen oksit- kalsiyum hidroksiapetit (PEO-HA) kompozitinin çapraz bağlanmasını ve bunların mekanik, şişme ve morfolojik özelliklerinin belirlenmesini kapsar. İki farklı molekül kütleli PEO ile hazırlanan PEO-HA kompozit ve saf PEO plakalar baskı kalıplama metodu ile hazırlandı. Hazırlanan kompozit ve PEO plakaları UV ışınlaması ile asetofenonlu ortamda farklı sürelerde. çapraz bağlandı. Basit bir yöntem olan, asetofenonlu ortamda UV-ışınlaması sonucu çapraz bağlanma ile jel içeriği % 90'a ulaşan PEO elde edilmiştir. Çapraz bağlanmış ve bağlanmamış düşük molekül ağırlıklı polietilen oksit (DMAPEO) -hidroksiapetit kompozitlerinin jel içerik, denge şişme oranı, mekanik ve morfolojik özellikleri incelendi. DMAPEO içine eklenen HA, çapraz bağlanmayı engellemesine rağmen ağırlıkça % 20 HA içeren DMAPEO-HA kompoziti en yüksek jel içeriği ile uygun dengeşişmesi ve mekanik dayanımı gösterdi. HA'in çok kısa bir süre içinde DMAPEO ve DMAPEO-HA'in kopma yüzeylerinde kolaylıkla toplandığı gözlenmiştir, örneklerin boyutsal kararlılığının şişme ve yüzeyde toplanma deneyleri sonucunda oldukça iyi olduğu gözlemlenmiştir. HA ve PEO arasındaki uyumluluk, bu malzemelerin doku birleştirici malzeme olarak kullanılabileceğini gösterir. Çalışmanın ikinci kısmında ise çok küçük gözenekli polimetakrilik asit-polietilen oksit polimer kompleksi hazırlanmdı ve karakterize edildi. Çok küçük gözenekli PMAA ve PEO polimer kompleksi çözelti polimerizasyonu ile benzoil peroksit başlatıcısı ile hazırlandı. PEO, metakrilik asit monomerinin içine güçlü bir iskelet yapısına sahip mikro gözenekli biyopolimer kompleks meydana getirmek amacıyla eklendi. Oluşan bu biyopolimer kompleks suda kısmen çözünebilmektedir. Suda çözünen mikrogözenekli polimer kompleksinin çözünürlüğünü engellemek için kimyasal çapraz bağlama yapılmıştır. Bu işlemde etilenglikol dimetakrilat monomeri (EGDMA) çapraz bağlayıcı olarak kullanılmıştır. Çapraz bağlanma derecesine bağlı olarak PMMA-PEO kompleksi suda çözünmemekte fakat sıvı çözelti içerisinde şişmektedir. Hazırlanan çapraz bağlanmış ve bağlanmamış çok küçük gözenekli PMAA-PEO polimer komplekslerinin ısıl kararlılıkları Isıl Gravimetrik Analiz (TGA) ve Diferansiyel Taramalı Kalorimetre (DSC) ile incelenmiştir. Ayrıca polimer komplekslerinin basınçlı/sıkışmalı mekanik özelliklerine de bakılmıştır. Anahtar kelimeler: polietilen oksit, hidroksiapatit, morötesi ışınlama, çapraz bağlama, mikrogözenek, polimer kompleksi polimethakrilik asit, şişme, ısıl, mekanik ve morfolojik özellikler. vı _^ T.C YÖB SSSKÖflHETlM VSJtü

ABSTRACT POLYETHYLENE OXIDE-HYDROXYAPATITE COMPOSITE AND MICROPOROUS POLYETHYLENE OXIDE-POLYMETHACRYLIC ACID POLYMER COMPLEX PREPARATION AND CHARACTERIZATION Banat Raid M. I. Ph.D., Department of Chemistry Supervisor: Prof. Dr. Teoman Tinçer May 2002, 83 pages The first part of this study covers the crosslinking of polyethylene oxide (PEO) and its composite with calcium hydroxyapatite (HA) and their mechanical, swelling and morphological properties. Sheets of neat PEO (two different molecular weights) and composites of PEO-HA were prepared by compression molding. The composites and PEO thick sheets were crosslinked with exposure of UV- irradiation in presence of acetophenone (AP) for different periods of time. This simple method of crosslinking, UV-irradiation induced crosslinking in the presence of acetophenone, yielded PEO with gel content up to 90%. Gel content, equilibrium swelling ratio, mechanical and morphological properties of the low molecular weight polyethylene oxide LMPEO-HA composites of crosslinked and uncrosslinked were evaluated. Although the inclusion of HA into LMPEO inhibited the extent of crosslinking, LMPEO- III(20%)HA composite showed the highest gel content with appreciable equilibrium swelling and mechanical strength. The growth of HA from simulated body fluid solutions on fractured surfaces of LMPEO and LMPEO-HA was found to be very favourable in short times. The dimensional stability of these samples is found to be good enough after swelling and deposition experiments. Good compatibility between the hydroxyapatite and PEO can be regarded to be useful tissue-adhesive material. In the second part of this study a microporous polymer complex of polymethacrylic acid (PMAA)-polyethylene oxide was prepared and characterized. Microporous polymer complex of PMAA-PEO was obtained by solution polymerization using benzoyl peroxide as the initiator. PEO (Mv; 200,000) and methacrylic acid monomer mixture produced a microporous polymer complex with a scaffold strength. The polymer complex of PMAA- PEO was partially water soluble. To overcome the solubility of the water- soluble microporous polymer complex; chemical crosslinking was carried out by using ethlyleneglycol dimethacrylate monomer (EGDMA) as the crosslinking agent. Depending upon the extent of crosslinking process PMAA-PEO became water insoluble but it could swell in aqueous solution without any rupture. Thermal stability of the prepared crosslinked and uncrosslinked microporous polymer complex of PMAA-PEO was examined by thermal gravimetric analysis (TGA) and differential scanning calorimetry (DSC). Compressive mechanical properties were also examined. key words: polyethylene oxide, hydroxyapatite, ultraviolet radiation, crosslinking, microporous, polymer complex, polymethacrylic acid, swelling, thermal, mechanical and morphological properties. IV