Preparation and characterization of polypropylene based composite films

Abstract

oz Bu çalışma kapsamında, polipropilen (PP) ile gümüş yüklü doğal zeolitten oluşan antibakteriyel kompozitlerin ekstrüzyon yöntemi ile geliştirilmesi ve farklı teknikler kullanılarak (FTIR, TGA, DSC, mekanik testler, optik mikroskop) karakterize edilmesi amaçlanmıştır. Zeolitlerin gümüş iyonu içeren çözeltilerden gümüşün uzaklaştırılmasında uygun oldukları saptanmış olup son zamanlarda gümüş formundaki zeolitlerin değişik kompozisyonlarda antifungal, bakteriyel ve antiseptik davranışları ilgiyle incelenmektedir (Hagiwara 1 990, Kawahara 2000, Klasen 2000). Bu çalışmada, iyon değişimi denemelerine öncelikle, klinoptilolitçe zengin doğal zeolit - PP kompozitlerin su sorpsiyonu davranışı incelenmiştir. İyon değişimi işlemi sulu bir ortamda gerçekleşeceğinden kompozit malzemelerin bu ortamda nasıl davrandığı gözlenmiş ve hidrofobik bir malzeme olan polipropilenin oluşan gözenekli yapıya bağlı olarak su çekme özelliği kazandığı görülmüştür. Suyun sıcak pres ve ekstrüzyon metodu ile hazırlanmış PP - zeolit kompozitlerdeki etkin difüzyon katsayısı sırasıyla 0.3 - 9.9 xl0`10 ve 0.1 - 3.3 xl0`12 cm2/ s aralığında değişmektedir. PP - zeolit kompozitlere gümüş yüklemesi iki metotla gerçekleştirilmiştir. Metot I de PP - zeolit kompozit filmler farklı miktarlarda gümüş iyonu içeren (5-50 ppm AgNÛ3 ) çözeltilerle muamele edilmiş, Metot II de ise farklı gümüş derişimlerindeki ( 50, 500, ve 5000 ppm AgNÛ3 ) çözeltilerle iyon değişimine tabi tutulmuş zeolit mineralleri DOP ortamında PP ile kalıplanmıştır. İyon değişimi prosesinde 50, 500, ve 5000 ppm Ag+ içeren çözeltilerden gram zeolit başına yüklenen gümüş miktarı sırasıyla 4.36, 27.85, ve 183.78 mg olmuştur. E. coli ye karşı yapılan antibakteriyel testler Metot II ile hazırlanmış kompozitlerin Metot I e göre hazırlananlardan daha iyi sonuç verdiğini göstermiştir. Bu da Metot I ile hazırlanan kompozitlerde gümüşün zeolite ulaşmasının PP fazı tarafından engellenmesinden kaynaklanmıştır. Ancak, Metot II ile hazırlanan örneklerde gümüşün renk üzerindeki etkisi renk bozunma parametrelerinde de görüldüğü gibi gözle görülebilir seviyede olmuştur. Gümüş iyonunun suya geri salımmı ise literatürde de belirtildiği gibi ihmal edilebilir düzeydedir ki bu da antibakteriyel etkinin uzun ömürlü olmasını sağlamaktadır. Termal karakterizasyon çalışmaları zeolitin aşı kristali gibi davranarak yapıdaki kristallik oranım arttırdığım ve PP'nin bozunmasım geciktirdiğini göstermektedir. Düşük gümüş derişimlerinde, zeolit PP içerisinde yavaşlatıcı etki yaparken yüksekgümüş derişimlerinde ise bozunmayı hızlandırmıştır. Metot II ile hazırlanmış örneklerde termal bozunma reaksiyonlarının aktivasyon enerjilerinin Metot I' e kıyasla daha düşük olması da zeolitin ve dolayısıyla artan gümüş miktarının bozunmayı hızlandırdığını göstermektedir. PP fazına zeolitin eklenmesi ile PP'nin 0.89 g/cm olan yoğunluğunda yapıda oluşan boşluklardan dolayı azalma gözlemlenmiştir. Ancak, bu oranlar zeolitin PP fazında düzensiz dağılmış olmasından dolayı artan zeolit miktarına bağlı olarak sistematik bir değişim göstermemektedir. Gerdirilmiş filmlerde ise 0.58 ile 0.78 g/cm3 arasında değişen yoğunlukların ticari olarak istenen aralıkla (0.6 - 0.65 g/cm3) daha uyumlu olduğu görülmüştür. Mekanik testler, zeolitin ilavesi ile yapının akma geriliminin düştüğünü, Young modül değerlerinin ise ihmal edilebilir derecede azaldığını göstermektedir. Gümüş iyonunun ise Young modülü üzerindeki etkisi belirsiz iken akma gerilimi değerleri gümüş miktarı ile orantılı olarak 23.6 MPa dan 29.5 MPa'a artmıştır. Sonuç olarak, Metot II ile hazırlanmış kompozitler içerisinde 4.36 (mg Ag+/ g zeolite) ile yüklenmiş ve ağırlıkça % 2 ve 4 zeolitin içerenlerin termal, mekanik, yapısal özellikleri ve renk bozunma parametreleri göz önüne alındığında en uygun oldukları saptanmıştır. WKUMAWTASVOK MERKEZİ

oz Bu çalışma kapsamında, polipropilen (PP) ile gümüş yüklü doğal zeolitten oluşan antibakteriyel kompozitlerin ekstrüzyon yöntemi ile geliştirilmesi ve farklı teknikler kullanılarak (FTIR, TGA, DSC, mekanik testler, optik mikroskop) karakterize edilmesi amaçlanmıştır. Zeolitlerin gümüş iyonu içeren çözeltilerden gümüşün uzaklaştırılmasında uygun oldukları saptanmış olup son zamanlarda gümüş formundaki zeolitlerin değişik kompozisyonlarda antifungal, bakteriyel ve antiseptik davranışları ilgiyle incelenmektedir (Hagiwara 1 990, Kawahara 2000, Klasen 2000). Bu çalışmada, iyon değişimi denemelerine öncelikle, klinoptilolitçe zengin doğal zeolit - PP kompozitlerin su sorpsiyonu davranışı incelenmiştir. İyon değişimi işlemi sulu bir ortamda gerçekleşeceğinden kompozit malzemelerin bu ortamda nasıl davrandığı gözlenmiş ve hidrofobik bir malzeme olan polipropilenin oluşan gözenekli yapıya bağlı olarak su çekme özelliği kazandığı görülmüştür. Suyun sıcak pres ve ekstrüzyon metodu ile hazırlanmış PP - zeolit kompozitlerdeki etkin difüzyon katsayısı sırasıyla 0.3 - 9.9 xl0`10 ve 0.1 - 3.3 xl0`12 cm2/ s aralığında değişmektedir. PP - zeolit kompozitlere gümüş yüklemesi iki metotla gerçekleştirilmiştir. Metot I de PP - zeolit kompozit filmler farklı miktarlarda gümüş iyonu içeren (5-50 ppm AgNÛ3 ) çözeltilerle muamele edilmiş, Metot II de ise farklı gümüş derişimlerindeki ( 50, 500, ve 5000 ppm AgNÛ3 ) çözeltilerle iyon değişimine tabi tutulmuş zeolit mineralleri DOP ortamında PP ile kalıplanmıştır. İyon değişimi prosesinde 50, 500, ve 5000 ppm Ag+ içeren çözeltilerden gram zeolit başına yüklenen gümüş miktarı sırasıyla 4.36, 27.85, ve 183.78 mg olmuştur. E. coli ye karşı yapılan antibakteriyel testler Metot II ile hazırlanmış kompozitlerin Metot I e göre hazırlananlardan daha iyi sonuç verdiğini göstermiştir. Bu da Metot I ile hazırlanan kompozitlerde gümüşün zeolite ulaşmasının PP fazı tarafından engellenmesinden kaynaklanmıştır. Ancak, Metot II ile hazırlanan örneklerde gümüşün renk üzerindeki etkisi renk bozunma parametrelerinde de görüldüğü gibi gözle görülebilir seviyede olmuştur. Gümüş iyonunun suya geri salımmı ise literatürde de belirtildiği gibi ihmal edilebilir düzeydedir ki bu da antibakteriyel etkinin uzun ömürlü olmasını sağlamaktadır. Termal karakterizasyon çalışmaları zeolitin aşı kristali gibi davranarak yapıdaki kristallik oranım arttırdığım ve PP'nin bozunmasım geciktirdiğini göstermektedir. Düşük gümüş derişimlerinde, zeolit PP içerisinde yavaşlatıcı etki yaparken yüksekgümüş derişimlerinde ise bozunmayı hızlandırmıştır. Metot II ile hazırlanmış örneklerde termal bozunma reaksiyonlarının aktivasyon enerjilerinin Metot I' e kıyasla daha düşük olması da zeolitin ve dolayısıyla artan gümüş miktarının bozunmayı hızlandırdığını göstermektedir. PP fazına zeolitin eklenmesi ile PP'nin 0.89 g/cm olan yoğunluğunda yapıda oluşan boşluklardan dolayı azalma gözlemlenmiştir. Ancak, bu oranlar zeolitin PP fazında düzensiz dağılmış olmasından dolayı artan zeolit miktarına bağlı olarak sistematik bir değişim göstermemektedir. Gerdirilmiş filmlerde ise 0.58 ile 0.78 g/cm3 arasında değişen yoğunlukların ticari olarak istenen aralıkla (0.6 - 0.65 g/cm3) daha uyumlu olduğu görülmüştür. Mekanik testler, zeolitin ilavesi ile yapının akma geriliminin düştüğünü, Young modül değerlerinin ise ihmal edilebilir derecede azaldığını göstermektedir. Gümüş iyonunun ise Young modülü üzerindeki etkisi belirsiz iken akma gerilimi değerleri gümüş miktarı ile orantılı olarak 23.6 MPa dan 29.5 MPa'a artmıştır. Sonuç olarak, Metot II ile hazırlanmış kompozitler içerisinde 4.36 (mg Ag+/ g zeolite) ile yüklenmiş ve ağırlıkça % 2 ve 4 zeolitin içerenlerin termal, mekanik, yapısal özellikleri ve renk bozunma parametreleri göz önüne alındığında en uygun oldukları saptanmıştır. WKUMAWTASVOK MERKEZİ