Biyomalzeme üretiminde kullanılan polimerik kaplamaların geliştirilmesi
Development of polymeric coatings used in biomaterials production
Yazar: MUHARREM TAŞDEMİR
Danışman: PROF. DR. AYHAN ÇELİK ; DOÇ. DR. YAVUZER KOZA
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Polidimetilsiloksan = Polydimethylsiloxane ; Polimer karışımlar = Polymer blends ; Poliüretan = Polyurethane

Özet:
Amaç: Polimer bazlı malzemeler yüksek sertlik-ağırlık oranı ve iyi korozyon dayanımlarından dolayı biyomedikal uygulamalardan havacılık ve uzay sanayine kadar farklı bilim ve teknoloji alanlarında kullanılmaktadır. Bu çalışmada biyomalzemelerde kullanılan metalik taban malzeme yüzeyinde iki tabakalı polimer katmanı yerine polimer karışımlarından oluşan tek polimer katmanının etkisi incelenmiştir. Bu amaçla PU-PVP ve PU-PDMS farklı konsantrasyonlarda polimer karışımları AISI 316L taban malzeme yüzeyine uygulanmıştır. Bu kaplamaların mekanik, korozyon, tribokorozyon, termal özellikler ve biyouyumluluğa etkisi araştırılmıştır.
Yöntem: Polimer kaplamaların faz yapısı FTIR, XRD, yüzey ve kesit görüntüleri SEM ile elde edilmiştir. Polimer kaplamaların termal özellikleri TGA, DTG, DSC ile ve yüzey yapısı temas açısı ile incelenmiştir. Polimer kaplı malzemelerin sertliği ve yüzey pürüzlülük değerleri de ölçülmüştür. Polimer kaplı malzemelere aşınma testleride uygulanmıştır. PU-PVP ve PU-PDMS polimer kaplı malzemelerin ringer ve %3,5 NaCl çözeltisinde korozyon ve tribokorozyon testleri gerçekleştirilmiştir. Ayrıca polimer malzemelerin çekme testiyle mekanik özellikleri incelenmiştir. Bununla birlikte polimer kaplı malzemelerin (E. Coli) bakteri adezyonuyla biyouyumluluk testleri gerçekleştirilmiştir. 
Bulgular: PU-PVP kaplamalarında PVP miktarı arttıkça kaplamanın hidrofilikliği ve termal stabilitesinin arttığı, PU-PDMS kaplamalarında PDMS miktarı arttıkça kaplamanın hidrofobikliği ve termal stabilitesinin arttığı belirlenmiştir. PU-PVP ve PU-PDMS kaplamalarında PU miktarı arttıkça aşınma miktarı ve sürtünme katsayısının azaldığı tespit edilmiştir. PU içerisinde PVP ve PDMS konsantrasyonu arttıkça kaplamanın yüzey pürüzlülük değerlerinin arttığı belirlenmiştir. 
Sonuç: PU-PVP ve PU-PDMS kaplamalarında PU konsantrasyonun arttıkça malzemenin korozyon direncinin arttığı tespit edilmiştir. Tribokorozyon deneylerinde PU-PVP karışımlarında %25'e kadar PVP içeren kaplamalar, PU-PDMS karışımlarında %50'e kadar PDMS içeren karışımlar yüzeyi iyi bir şekilde koruduğu belirlenmiştir. PU-PVP kaplamalarında PVP konsantrasyonun artmasıyla biyouyumluğun arttığı tespit edilmiştir. PU-PDMS kaplamalarında PDMS konsantrasyonun artması kaplamanın biyouyumluğunu neredeyse etkilememiştir. PU-PVP ve PU-PDMS çekme deneylerinde karışım içerisinde PU miktarı arttıkça polimerlerin çekme dayanımı ve süneklik özelliklerinin arttığı belirlenmiştir.

Abstract:
Purpose: Polymer-based materials are widely used from biomedical to aerospace applications because of high hardness to weight ratio and good corrosion resistance. In this study, the effect of a single polymer layer consisting of polymer blends instead of a two-layer polymer layer on the surface of the metallic substrate was investigated. Fort this purpose, the different concentrations of PU-PVP and PU-PDMS polymer blends were applied to the substrate surface. The effects of different concentrations polymer coated AISI 316L stainless steel were investigated on mechanical corrosion, tribocorrosion, thermal properties and biocompatibility.
Method: Phase structure of polymer coatings was obtained by FTIR, XRD, surface and cross-sectional images by SEM. Thermal properties of polymer were investigated by TGA, DTG, DSC and surface structure by contact angle. The hardness and surface roughness of polymer coated samples were measured. The corrosion and tribocorrosion tests of polymer coated samples were performed in ringer and %3,5 NaCl solutions. Biocompatibility tests of polymer coated materials were investigated (E. coli) bacterial adhesion.
Findings: It was determined that hydrophobicity and thermal stability of the PU-PDMS polymer coating increased with the increasing PDMS concentration. The hydrophilicity and thermal stability of the PU-PVP polymer coating increased with the increasing PVP concentration. The friction coefficient and wear volume of polymer blends decreased as the PU concentration increased.
Results: The corrosion resistance of polymer blends increased with the increase of PU concentration in the coating. PU-PDMS polymer coated samples containing up to 50% PDMS prevented corrosion wear under tribocorrosion conditions. Coatings containing PVP up to 25% protected the substrate surface under tribocorrosion conditions. It concluded that with the increase of PVP concentration in PU, biocompatibility of polymer coated samples increased. However the increase of PDMS concentration in PU, biocompatibility of polymer materials nearly unchanged. The increase of PU concentration in polymer blends, ultimate strength and ductility of polymer materials increased.