Biyobozunur polimer nanokompozit geliştirilmesi

Abstract

Biyobozunur polimer matrisli nanokompozitlerin geliştirilmesinde nanopartiküllere uygulanan yüzey modifikasyonunun etkisi büyüktür. Nanopartiküllere yüzey modifikasyonu yaparak nanopartikülün polimer matris içerisinde iyi dağılmasını ve nanokompozitin geliştirilmesini sağlamak mümkündür. Bu çalışmada, TiO2 nanopartiküllerinin yüzeyi iki farklı metotla modifiye edilmiştir. Laktik asit oligomeri ve propiyonik asit-hekzilamin karışımı ile yüzeyi modifiye edilen nanopartiküller (LA-g-TiO2 ve AA-g-TiO2) ve modifiyesiz nanopartiküller (TiO2), çözelti dökme metodu kullanılarak poli(laktik asit) (PLA) matrisi içerisine artan miktarlarda eklenmiştir. Elde edilen nanokompozit filmlerin Attenuated Total Reflectance (ATR) ve Fourier Transform Infrared (FTIR) ile kimyasal yapı tayini, Diferansiyel Taramalı Kalorimetri (DSC) ve Termogravimetrik Analiz (TGA) ile termal kararlılığı, Dinamik Mekanik Analiz (DMA) ile mekanik özellikleri, Atomik Kuvvet Mikroskopisi (AFM) ile yüzey topografileri, Damlacık Şekli Analizi (DSA) ile yüzey temas açıları belirlenmiştir. İki farklı yüzey modifikasyonu yönteminin de başarılı olduğu ATR spektrumları ile tespit edilmiştir. TGA sonuçları LA-g-TiO2 içeren nanokompozit filmlerin termal kararlılığının geliştiğini göstermiştir. Ağırlıkça %1'lik PLA/LA-g-TiO2 nanokompozitinin bozunma sıcaklığı saf PLA'dan 20 ºC yüksek çıkmıştır. DSC eğrileri nanokompozit filmlerin camsı geçiş sıcaklıklarının ve erime sıcaklıklarının eklenen AA-g-TiO2 ve LA-g-TiO2 miktarından bağımsız olduğunu göstermiştir. DMA sonuçları en etkili bağlanmanın ve uyumluluğun PLA/LA-g-TiO2 nanokompozit filmlerinde olduğunu göstermiştir. Nanokompozit filmlerin AFM mikrografları, yüzey modifikasyonu yapılan nanopartiküllerin PLA matrisi içerisinde homojen dağıldığını göstermiştir. Temas açı ölçümüyle PLA filmine TiO2 eklenmesiyle nanokompozitin hidrofilik karakter kazandığı belirlenmiştir. Ağırlıkça %0,5 TiO2 ve AA-g-TiO2 içeren nanokompozit filmlerin temas açıları 64,6º ve 65,6º iken saf PLA için bu değer 82,6º ölçülmüştür. Sonuçlar, nanokompozitlerin termal ve mekanik özelliklerinin gelişmesinde yüzey modifikasyonu yapılan nanopartiküllerin önemli rol oynadığını göstermiştir.

Surface modification of nanoparticles has influence on improvement of biodegradable polymer matrices nanocomposites. To improve the properties of nanocomposite and uniform dispersion of nanoparticles in matrix can be performed by surface modification of nanoparticles. In this study, the surface of TiO2 nanoparticles was modified by two different surface modification methods. Nanoparticles grafted with lactic acid containing (LA-g-TiO2) and propionic acid-n-hexylamine containing (AA-g-TiO2) and non-grafted nanoparticles (TiO2) were added to the poly(lactic acid) (PLA) matrix via solvent casting method. Chemical structure of nanocomposites was examined by Attenuated Total Reflectance (ATR) and Fourier Transform Infrared (FTIR). Thermal stability was indicated by Differential Scanning Calorimeter (DSC) and Thermogravimetric Analysis (TGA). Mechanical properties were measured by Dynamical Mechanical Analysis (DMA). Surface topography was investigated by Atomic Force Microscopy (AFM). The contact angle measurements were carried on Drop Shape Analysis (DSA). It was determined that these two different surface modification methods were achieved successfully by exploring ATR spectrums. TGA results showed that thermal stability of nanocomposites containing LA-g- TiO2 (LA-g-TiO2/PLA) was improved. Thermal degradation temperature of 1 wt.% PLA/LA-g-TiO2 was obtained 20 ºC higher than pure PLA. DSC curves showed that glass transition and melting temperatures of nanocomposites were independent of loading of AA-g-TiO2 and LA-g-TiO2 nanoparticles. DMA results demonstrate that the most efficient bonding and compatibility were seen in PLA/LA-g-TiO2 nanocomposite. AFM micrographs of the nanocomposites suggest that grafted TiO2 nanoparticles were homogeneously dispersed in polymer matrices. Contact angle measurements demonstrate that nanocomposites were gained hydrophilic character by adding TiO2 nanoparticles into PLA films. Contact angles of nanocomposites which contain 0.5 wt.% TiO2 and AA-g-TiO2 nanoparticles shifted to low values (64.6º and 65. 6º, respectively) when compared with pure PLA (82.6º). The results showed that grafted nanoparticles played an important role in improving thermal and mechanical properties of the nanocomposites.