Studies on polylactide nanocomposites with polyhedral oligomeric silsesquioxane

Bu tezin ilk bölümünün ana amacı, üç parametrenin polihedral oligomerik silseskuioksan (POSS) parçacık katkılı polilaktit (PLA) matris nanokompozitlerinin mekanik ve termal özellikleri üzerindeki etkilerini araştırmaktır. İlk parametre olan "Dolgu İçeriği" için ağırlıkça %1, 3, 5, 7 temel POSS yapısı içeren nanokompozitler karşılaştırılmıştır. İkinci parametre olan "Fonksiyonel Grup" için sadece polar olmayan izobütil gruplarına sahip temel POSS yapısı, diğer üç fonksiyonel POSS yapısı ile karşılaştırılmıştır; bunlar aminopropilizobutil-POSS (ap-POSS), propandiolizobutil-POSS (pd-POSS) ve oktasilan-POSS (os-POSS)'dur. Üçüncü parametre olan "Kopolimer İle Uyumlaştırma" için, tüm numuneler maleik anhidrat (MA) graft edilmiş kopolimer ile uyumlaştırılma öncesi ve sonrası karşılaştırılmıştır. Numuneler çift vidalı ekstrüder eriyik karıştırma ile üretilmiş ve basınçlı kalıplama yöntemi ile şekillendirilmiştir. Çeşitli testler ve analizler göstermiştir ki, iyileştirilmiş mekanik özellikler için optimum dolgu miktarı ağırlıkça %1'dir; dayanım ve modül için optimum yapı pd-POSS yapısı iken, kırılma tokluğu açısından ise temel POSS yapısıdır. MA uyumlaştırmasının ek olarak kullanımı özellikle temel POSS ve os-POSS parçacıkları için etkili olmuştur. Hem PLA hem de POSS nanoparçacıkları biyouyumlu ve toksik olmayan karakterleri ile son zamanlarda biyomedikal parçalar için önemli bir seçenek oluşturmaları nedeniyle; bu tezin ikinci bölümünün ana amacı, 3B-yazıcı ile üretilmiş PLA/POSS nanokompozitlerinin basınçlı kalıplama ile üretilmiş PLA/POSS numunelerine göre performanslarını incelemektir. Her bir PLA matris katmanında POSS nanoparçacıklarının dağılımındaki daha yüksek üniformluk ve homojenlik nedeniyle, mekanik testler (çekme, eğme, tokluk) ortaya koymuştur ki 3B-yazıcı ile üretilmiş numunelerin dayanım, elastik modül ve kırılma tokluğu değerlerindeki iyileşmeler basınçlı kalıplama ile üretilmiş muadillerine göre çok daha yüksektir, faydaları % 13'ten % 78'e kadar artmıştır. Ayrıca, standart PBS (Fosfat Tamponlu Tuz Çözeltisi) tableti kullanılarak hazırlanan fizyolojik bir solüsyonda 37°C'de 120 gün tutulduktan sonra bile, 3B-yazıcı ile üretilmiş numunelerin fiziksel yapısında ve mekanik özelliklerinde neredeyse hiç bozulma olmadığı gözlenmiştir. Saf PLA ve POSS parçacık katkılı PLA gibi polimer bazlı nanofiber yapıların üstün özelliklerini elde etmek için en pratik tekniğin elektroeğirme olduğu bilinmektedir. Öte yandan, dikkate alınması gereken birçok farklı proses parametresi olması nedeniyle, bu fiberlerin üretimi son derece zor ve zaman alıcıdır. Bu yüzden, deneylerin tasarımında belirli bir istatistiksel optimizasyon tekniğinin kullanılması gerekli olacaktır. Dolayısıyla, bu tezin üçüncü bölümünün ana amacı optimum elektroeğirme parametrelerini belirlemek amacıyla Taguchi tekniğini önce saf PLA için uygulamak, ardından da bu optimum parametrelerin PLA/POSS nanofiberleri için uygulanabilirliğini ortaya koymaktır. PLA için en önemli 4 optimum işlem parametresini belirlemek için 81 deney yapmak yerine, Taguchi L9 ortagonal dizi deney matrisinin kullanılması, yani sadece 9 deney yapılması ile zaman, işçilik ve malzeme tüketiminin önemli ölçüde azaldığı gözlenmiştir. Ayrıca, polimer çözeltisine ağırlıkça sadece % 3 KCl tuzu ilave edildikten sonra, saf PLA için belirlenen optimum elektroeğirme parametrelerinin aynen PLA/POSS nanofiberleri için de kullanılabileceği sonucuna varılmıştır.