Karbon ve halloysit nanotüp katkılı polikaprolakton nanofiberlerin morfolojik ve nanomekanik karakterizasyonu
Morphological and nanomechanical characterization of carbon and halloysit nanotube reinforced polycaprolactone nanofibers
Yazar: TEVHİDE TANIDIR
Danışman: PROF. DR. NURSEL DİLSİZ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, hidroksil, karboksil gruplarıyla fonksiyonelleştirilmiş çok duvarlı karbon nanotüp (MWCNT) takviyeli ve modifiyesiz, APTES (3-Aminopropil trietoksisilan), GPTMS (3-Glycidoksipropiltrimetoksisilan) modifiyeli halloysit nanotüp (HNT) takviyeli polikaprolakton (PCL) nanofiberleri, üniform, pürüzsüz bir şekilde ve boncuk kusurları oluşmadan elektro eğirme yöntemi ile başarıyla üretilmiştir. Farklı takviye oranlarındaki karboksilik, hidroksilik yapıdaki MWCNT ve modifiyesiz, modifiyeli HNT takviyelerinin, PCL matrisine eklenmesiyle oluşturulmuş biyo-kompozit nanofiberlerinin, fizikokimyasal özelliği ve takviye elemanlarının malzemenin morfolojik ve mekanik özellikleri üzerine etkisi araştırılmıştır. MWCNT takviye oranı ile fonksiyonel gruplarının ve HNT takviye oranı ile modifikasyonun elektroeğrilmişbiyo-kompozit nanofiber özellikleri üzerindeki etkisi, taramalı elektron mikroskobu (SEM), atomik kuvvet mikroskobu (AFM), Fourier dönüşümlü kızılötesi FT-IR spektroskopisi ve çekme gerilimi testleriyle incelenmiştir. AFM nanoindentasyon ve çekme gerilimi test sonuçları polimer matrisine yapılan karbon nanotüp takviyesiyle en yüksek mukavemet değerlerine ulaşıldığını göstermiştir. Toksik etki yaratmaması amacıyla eser miktarda polimer matrisine takviye edilen karbon nanotüp, karboksil ve hidroksil gruplarıyla fonksiyonelleştirildiğinde saf polimerin 29 MPa olan Young modül değerini sırasıyla 617 MPa'a ve 2481 MPa' a artırmıştır. Modifiyesiz, APTES ve GPTMS modifiyeli halloysit nanotüp takviyesiyle Young modül değerleri sırasıyla 1161 MPa, 1456 MPa ve 2002 MPa'a artış göstermiştir. Çekme gerilimi testleri AFM sonuçlarını destekler nitelikte MWCNT ve HNT takviyeleriyle malzemenin mekanik özelliklerinin geliştiridiğini doğrulamaktadır.Genel olarak elde edilen tüm sonuçlar, fonksiyonelleştirilmiş MWCNT ve modifiye edilmiş HNT içeren PCL nanofiberlerinin, mekanik özelliklerinin iyileştirildiğini ve mekanik dayanımı daha güçlü biyouyumlu nanokompozitler üretildiğini, dolayısıyla biyomedikal uygulamalar için potansiyel adaylar olduklarını göstermektedir.

Abstract:
In this study, multi-walled carbon nanotube (MWCNT), which are functionalized with hydroxyl and carboxyl groups, reinforced polycaprolactone (PCL) nanofibers  and unmodified, APTES (3-Aminopropyl triethoxysilane), GPTMS  (3-Glycidoxypropyl-trimethoxysilane) modified halloysite (HNT) nanotube reinforced  polycaprolactone (PCL) nanofibers were successfully synthesized by the electrospinning method in a uniform, smooth and without bead defects. Physicochemical properties of bio-composite nanofibers which are reinforced with MWCNT and HNT, and effect of reinforcement elements in different ratios on the morphological and mechanical properties of the material were investigated. The effect of MWCNT reinforcement ratio and functional groups and the effect of HNT reinforcement ratio and modification on the bio-composite nanofiber properties of the electrospun were investigated by scanning electron microscopy (SEM), atomic force microscopy (AFM), Fourier transform infrared spectroscopy and tensile stress tests.AFM nanoindentation and tensile stress test results showed that the highest strength values were achieved with carbon nanotube reinforcement for the polymer matrix. The carbon nanotube,which is added to trace amounts of the polymer matrix  in order to prevent toxic effects, was functionalized with carboxyl and hydroxyl groups and increased the Young modulus value of the pure polymer from 29 MPa to 617 MPa and 2481 MPa, respectively. Young modulus values of unmodified, APTES and GPTMS modified halloysite nanotubes increased of 1161.1 MPa, 1456.3 MPa and 2002.1MPa, respectively.Just like AFM results, tensile strength test results confirm the mechanical properties of the material with MWCNT and HNT reinforcements.All results obtained in general, PCL nanofibres containing functionalized MWCNT and modified HNT show that their mechanical properties have been improved and  has been produced having better mechanical strength of biocompatible nanocomposites, and thus they are potential candidates for biomedical applications.