TiO2 nanotelleri içeren yeni kitosan-polistiren bazlı nanokompozitlerin hazırlanması ve termal ve biyolojik özelliklerinin incelenmesi

Bu tez çalışmamızda, son yıllarda sentetik hammaddelerden üretilen atıkların yarattığı kalıcı çevresel ve sağlık sorunlarının ele alınmasına vurgu yaparak, ekolojik olarak sürdürülebilir bir biyopolimer olan kitosandan (CS) türetilen nanokompozitlerin sentezi ve karakterizasyonuna odaklanmıştır. Bu araştırmanın ilk aşamasında, yan zincirlerinde flor atomlarını içeren sentetik bir polistiren türevi olan PFST polimeri sentezlendi ve bu polimer daha sonra hidrotermal yöntem kullanılarak CS ile karıştırıldı. Buna takiben, PFST-CS/TiO2 nanokompozitler, aynı metodolojik çerçeve kapsamında değişen ağırlık oranlarında TiO2 nanotüplerin (NW) PFST-CS karışımına eklenmesiyle türetildi. Elde edilen kompozitlerin içerik, yapısal ve morfolojik özellikleri, FTIR (Fourier Dönüşümü Kızılötesi Spektroskopisi), SEM (Taramalı Elektron Mikroskopisi), EDX (Enerji Dağılımlı X-ışını Spektroskopisi) ve TEM (Transmisyon Elektron Mikroskopisi) dahil olmak üzere karmaşık karakterizasyon teknikleri kullanılarak titizlikle analiz edildi. Yapılan SEM analizleri, PFST ve TiO2 NW'nin dahil edilmesinin CS matrisinin morfolojisinde önemli bir değişikliğe yol açtığını ve böylece yüzey etkileşimlerini geliştirdiğini ortaya koydu. FTIR değerlendirmeleri, PFST ve CS polimer zincirleri arasında hidrojen bağlarının oluşumunu gösterdi ve bu da TiO2 NW'ler ile daha sağlam bir arayüz etkileşimi ile sonuçlandı. Termal özellikleri belirlemek için kullanılan Termogravimetrik Analiz (TGA) ve Diferansiyel Tarama Kalorimetrisi (DSC) deneyleri, PFST-CS karışımının saf CS'ye kıyasla üstün termal kararlılık ve yüksek camsı geçiş sıcaklığı (Tg) değerleri sergilediğini göstermiştir. Özellikle, PFST'nin flor içeren yan dallarının, CS zincirlerinde bulunan hidroksil (OH) ve amin (NH2) fonksiyonel gruplarıyla güçlü etkileşimler yoluyla termal stabiliteyi artırdığı varsayılmaktadır. Ayrıca, TiO2 NW ilavesi üzerine kompozitlerin termal bozunma profilinin daha yüksek sıcaklık eşiklerine doğru kaydığı gözlemlenmiştir. Malzemelerin su temas açısı (hidrofilik/hidrofobik özellikler) incelendiğinde, PFST ve TiO2 NW'nin dahil edilmesinin CS yüzeyinin hidrofilik yapısını arttırdığı ortaya çıkmıştır. Bu gözlem, CS matrisi içinde PFST tarafından oluşturulan sinerjik etkileşimlerle birleştiğinde TiO2 NW'lerin yüksek yüzey enerjisinin kanıtı olarak yorumlanabilir. Tersine, empedans spektroskopisi ile açıklanan dielektrik davranışlar, TiO2 NW ilavesiyle PFST-CS kompozitlerinin hem dielektrik sabiti hem de AC iletkenlik değerlerinde bir azalma olduğunu ortaya çıkardı, bu da TiO2 NW'lerin kompozit malzemeye yalıtkanlık özelliği kazandırdğını gösterir. Biyolojik açıdan, sentezlenen nanokompozitlerin E. coli ve C. albicans suşlarına karşı antimikrobiyal etkinliğinin saf CS'den belirgin şekilde üstün olduğu tespit edilmiştir. Antimikrobiyal etkinin, bir yandan PFST'nin flor bakımından zengin yapısına ve diğer yandan yüzey etkileşimlerinin ve TiO2 NW'lerin fotokatalitik özelliklerinin bir sonucu olarak üretilen reaktif oksijen türlerine atfedilebileceği öne sürülmektedir. Ayrıca, DPPH radikal süpürme aktivite deneyleri, PFST ile harmanlamanın ardından CS tarafından sergilenen radikal inhibisyon yüzdesinin azaldığını göstermiştir. Bu düşüşe rağmen, ortaya çıkan nanokompozitlerin antimikrobiyal aktivitesinde dikkate değer bir artış gözlendi. Özetle, bu tez çalışmaları kapsamında geliştirilen PFST-CS/TiO2 nanokompozitlerinin, gelişmiş yüzey etkileşimi ve yüksek termal kararlılık gibi faydaların yanı sıra övgüye değer antimikrobiyal performans ve avantajlı dielektrik özellikler gösterdiği belirlenmiştir. Tüm bulguları değerlendirdikten sonra, bu yeni nesil biyobazlı nanokompozitlerin, biyolojik olarak parçalanmayan geleneksel ambalaj malzemelerine sürdürülebilir bir alternatif olarak hizmet etme potansiyeline sahip olduğu sonucuna varılmıştır.