Biyonanokompozitin özelliklerine hidroksiapatitin etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of hydroxyapatite on the properties of bionanocomposite
Yazar: SELEN ATEŞ
Danışman: PROF. DR. MUALLA ÖNER
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Kolay ulaşılabilir olduğu için yaygın kullanım alanına sahip olan plastik malzemeler petrol kökenli sentetik polimerlerden üretilmektedir. Sentetik polimerler petrol bazlı olması nedeniyle doğada bozunmaları uzun yıllar sürmekte ve bu durum ciddi çevre kirliliğine neden olmaktadır. 
Artan çevre kirliliğini önlemek ve gelecek nesillere daha sürdürülebilir bir dünya bırakabilmek için yeşil polimerlere olan ilgi artmaktadır ve bilimsel çalışmaların odak noktası biyopolimerlere doğru yönelmektedir. Poli(hidroksialkanoat) (PHA) polimerleri sahip oldukları biyobozunur özelliklerinden dolayı tercih edilen polimer sınıfında yer almaktadır. Petrol bazlı polimerler kolay ulaşılabilir, düşük maliyetli ve yüksek performansa sahiptir. Biyobozunur polimerlerin petrol kökenli polimerlerle rekabet edebilmesi için biyopolimerlerin özelliklerinin iyileştirilmesi gerekmektedir. Biyopolimerlerin özelliklerini iyileştirmek için genellikle nano dolgu malzemeleri kullanılmaktadır. 
Bu çalışmada biyouyumlu ve biyobozunur özelliklere sahip nanokompozitler üretilmesi hedeflenmiştir. Bu hedef doğrultusunda biyopolimer olarak Poli(3–hidroksibütirat–ko–3–hidroksivalerat) (PHBV) polimeri tercih edilmiştir.Biyouyumlu ve biyobozunur PHBV polimerinin mekanik ve termal özelliklerini iyileştirmek için nano dolgu malzemesi olarak biyouyumlu ve biyoaktif özelliklere sahip hidroksiapatit (HAP) kristalleri kullanılmıştır. Nanokompozit üretirken nano dolgu maddesi olarak kullanılan HAP kristalleri YTÜ – Kimya Mühendisliği Laboratuvarı'nda sentezlenmiştir. Sentezlenen HAP kristallerinin polimer matriste daha homojen bir dağılım sağlaması ve topaklanmayı önlemek amacıyla silan bağlayıcı ajan kullanılarak yüzey modifikasyonu yapılmıştır. Farklı miktarlarda HAP kristalleri ve silan yüzey modifikasyonu yapılan sHAP kristallerinin ilave edilmesiyle nanokompozitleri üretilmiştir. Nanokompozit numunelerin üretimi için eriyik harmanlama (ekstrüzyon prosesi) yöntemini kullanılmıştır.
Nanokompozit numunelerin karakterizasyonu için Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), X–Işını Difraksiyon Spektroskopisi (XRD), Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi (FT–IR), Termogravimetrik Analiz (TGA), Diferansiyel Termal Analiz (DTA) ve Dinamik Mekanik Analiz (DMA) yapılmıştır.
Nanokompozit üretirken nano dolgu malzemesi kullanımının PHBV polimerinin özelliklerini iyileştirdiği gözlenmiştir. Nano dolgu malzemesinin yüzeyinde silan bağlayıcı ajan kullanarak yüzey modifikasyonu yapılmasının daha iyi sonuçlar verdiği gözlenmiştir. Üretilen nanokompozit numunelerin tıp, biyomedikal uygulamalar ve ambalaj uygulamaları gibi potansiyel uygulama alanlarında kullanımı önerilmektedir.

Abstract:
Plastic materials, which are widely used due to their accessibility, are primarily made from petroleum–based synthetic polymers. However, these synthetic polymers take many years to decompose in nature, leading to significant environmental pollution.
To address the growing concern of environmental pollution and create a more sustainable world for future generations, there is increasing interest in green polymers. Scientific studies now focus on biopolymers, with Poly(hydroxyalkanoate) (PHA) polymers being a preferred class due to their biodegradable properties. Although petroleum-based polymers are easily accessible, low-cost, and high-performing, the properties of biopolymers need improvement to compete with them. One common approach to enhancing biopolymers is through the use of nanofillers.
This study aims to produce nanocomposites with biocompatible and biodegradable properties. Poly(3–hydroxybutyrate–co–3–hydroxyvalerate) (PHBV) polymer was chosen as the biopolymer. Hydroxyapatite (HAP) crystals, known for their biocompatible and bioactive properties, were used as nanofillers to enhance the mechanical and thermal properties of PHBV. The HAP crystals used as nanofillers were synthesized in the YTU – Chemical Engineering Laboratory. Silane surface modification was performed to ensure a more homogeneous distribution of the synthesized HAP crystals within the polymer matrix and to prevent agglomeration. nanocomposites samples were produced by adding HAP crystals with different weight ratios and applying silane surface modification. The melt blending (extrusion process) method was used to produce the nanocomposite samples.
Characterization of the nanocomposite samples involved various analyses, including Scanning Electron Microscopy (SEM), X – Ray Diffraction Spectroscopy (XRD), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT–IR), Thermogravimetric Analysis (TGA), Differential Thermal Analysis (DTA) and Dynamic Mechanical Analysis (DMA).
The results indicate that the use of nanofiller materials improves the properties of the PHBV polymer, particularly when a silane coupling agent is used.
The synthesized nanocomposite samples are recommended for use in potential application areas such as medicine, biomedical applications and packaging applications.