Ag parçacık takviyeli PLA kompozit filament üretimi ve antibakteriyel özelliklerinin incelenmesi
Production of Ag particle reinforced PLA compositefilament and investigation of its antibacterial properties
Yazar: RESUL SÖNMEZ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ALPEREN ACAR ; PROF. DR. MUSTAFA AYDIN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Antibakteriyel ajanlar = Anti-bacterial agents ; Erimiş birikme modellemesi (FDM) = Fused Deposition Modelling (FDM) ; Filament = Filament ; Gümüş = Silver ; Katmanlı üretim = Additive manufacturing ; Polilaktik asit = Polylactic acid

Özet:
Günümüzde eklemeli imalatın uygulama alanları her geçen gün artmaktadır. Bu alanlardan birisi de sağlık alanıdır. Sağlık alanında antibakteriyel özelliğe sahip filamentlerin kullanımı özellikle ortez ve protez üretiminde kullanılan biyomalzeme
olarak gelişme göstermektedir. Bu çalışmada öncelikle PLA matrisi içerisine kloroform ve etil alkolün kullanıldığı iki farklı yöntem ile ağırlıkça %1, %3 ve %5 oranlarında 3 µm boyutundaki Ag tozları takviye edilerek kompozit Ag-PLA
granülleri üretilmiştir. Sonrasında, üretilen granüller kullanılarak FDM tipi 3D yazıcılarda test numunesi üretimini gerçekleştirmek için çift vidalı ekstrüzyon makinesinde yaklaşık olarak 1.75 mm çapında filamentler üretilmiştir. Üretilen
ağırlıkça farklı oranlarda gümüş içeren Ag-PLA kompozit filamentlerin mekanik, termal ve antibakteriyel özelliklerini belirleyebilmek için bunlara basma testleri, DSC analizleri, XRD analizleri, SEM analizleri, MFI analizleri ve antibakteriyel yüzey etkinlik testleri yapılmıştır. Yapılan testler sonucunda etilen kullanılarak üretilen Ag-PLA kompozit filamentlerin aynı ağırlık oranlarına sahip kloroform kullanılarak üretilmiş olan kompozit filamentlere göre yapısında yer alan porozitelerin az olmasından dolayı mekanik açıdan daha üstün özellikler verdiği saptanmıştır. Çalışma kapsamında gerçekleştirilen XRD analizleri ile Ag parçacıklarının PLA matrisi içerisindeki varlığı doğrulanmıştır. SEM görüntülemeleri ile kompozit yapılar içeresindeki poroziteler ve yerel aglomerasyonların varlığı görülmüştür. Ağırlıkça %3 ve %5 oranında Ag içeren kompozit filamentlerin Staphylococcus Aureus ATCC 6538P bakterisine karşı çok iyi seviyede antibakteriyel aktivite sergiledikleri gözlemlenmiştir.

Abstract:
Today, the application areas of additive manufacturing are increasing day by day. One of these areas is the field of health. The use of filaments with antibacterial properties in the field of health is developing as a biomaterial used in the production of orthoses and prostheses. In this study, first of all, composite Ag-PLA granules were produced by reinforcing 3 µm Ag powders at 1%, 3% and 5% weight ratios with two different methods using chloroform and ethyl alcohol into the PLA matrix. Then, using the produced granules, filaments with a diameter of approximately 1.75 mm were produced in a twin screw extruder in order to produce test samples in FDM type 3D printers.Compression tests, DSC analyzes, XRD analyzes, SEM analyzes, MFI analyzes, and antibacterial surface activity tests were carried out to determine the mechanical, thermal and antibacterial properties of Ag-PLA composite filaments that contain silver at different weight ratios. As a result of the tests, it was determined that Ag-PLA composite filaments produced using ethylene gave
superior mechanical properties due to the less porosity in their structure compared to the composite filaments produced using chloroform with the same weight ratios. The presence of Ag particles in the PLA matrix was confirmed by XRD analyzes
performed within the scope of the study. SEM imaging showed the presence of porosities and local agglomerations within the composite structures. Composite filaments containing 3% and 5% by weight Ag exhibited very good antibacterial activity against Staphylococcus Aureus ATCC 6538P bacteria.