Dimetakrilat grubundan olan bir polimer kompozitin karakterizasyonu ve termal parçalanma kinetiği

Yıl 2025, Cilt: 40 Sayı: 2, 1073 - 1086

Jale Naktiyok , Kübra Betül Uylaş , Bünyamin Dönmez

https://doi.org/10.17341/gazimmfd.1451030

Öz

Bu çalışmada, ticari öneme sahip olan, farklı alanlarda kullanılan ve SiO2 matriksi içerisinde yer alan Bis-fenol A glisidil Dimetakrilat (BisGMA) ve Trietilen glikol Dimetakrilat (TEGDMA) karışımının tepkimesi (laboratuvar ortamında kısa süre içerisinde fotokimyasal bir tepkime) ile üretilen bir çapraz bağlı polimer kompozit malzemenin kimyasal ve morfolojik yapısı incelenmiş ve XRD, SEM-EDS, FTIR analizleri yapılmıştır. Karakterizasyon çalışmasına yönelik yapılan XRD, SEM-EDS ve FTIR analizleri sonucunda, SiO2’in kompozit yapı içerisine homojen bir şekilde dağıldığı ve yapıda herhangi bir pürüz ve çatlak olmadığı gözlenmiştir. Ayrıca, farklı ısıtma hızlarında (2.5, 5, 10 ve 20°C/dak) 25-800°C aralığında TG-DTG analizleri yapılarak yapının termal davranışı ve bozunma kinetiği araştırılmıştır. Tüm ısıtma hızlarında, 280°C’ye kadar kompozitte herhangi bir bozunma olmadığı ve polimerin kararlı bir yapı sergilediği görülmüştür. 280°C’den sonra yapının bozunmaya başladığı proses iki adımda gerçekleşmiştir. Prosese ait aktivasyon enerji değerleri; KAS ve FWO ve Friedman yöntemleri ile hesaplanmıştır. KAS ve FWO metoduna göre, 1. bölge için aktivasyon enerjisi değerleri aynı olup 211 kJ/mol (ortalama değer), Friedman yöntemine göre 218 kJ/mol; 2. bölge için ise KAS yöntemi ile 176 kJ/mol, FWO ile 180 kJ/mol Friedman yöntemine göre 135 kJ/mol (ortalama değer) olarak hesaplanmıştır.

Anahtar Kelimeler

Polimer kompozit, Karakterizasyon analizleri, TG-DTG, Termal bozunma, Kinetik analiz

Kaynakça

• 1. Hsissou R., Seghiri R., Benzekri Z., Hilali M., Rafik M., Elharfi A., Polymer composite materials: A comprehensive review, Composite Structures, 262, 113640, 2021.
• 2. Kharbanda S., Bhadury T., Gupta G., Fuloria D., Pati P.R., Mishra V. K., Sharm A., Polymer composites for thermal applications - A review, Materials Today: Proceedings, 47, 2839–2845, 2021.
• 3. Eren Ş., Poyraz B., Gökçe N., Şamandar A., Aykanat B., Subaşı S., Investigation of the initiator effect on mechanical, thermal and chemical properties of polyesters used composite material production, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University 33 (4) 1383-1396, 2018.
• 4. Çankaya N., Synthesis, characterization, thermal properties and reactivity ratios of methacrylate copolymers including methoxy group, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 33 (3), 1155-1170, 2018.
• 5. Jandt K.D., Watts D.C., Nanotechnology in dentistry: Present and future perspectives on dental nanomaterials. Dental Materials, 36, 1365-1378, 2020.
• 6. Caneli G., Chen Y., Sungsoo N., Anderson G.G., Xie D., A dental filling composite resin restorative with improved antibacterial function and hardness. Journal of Composite Materials, 0021998320947144, 2020.
• 7. Ghosh S., Ceramic and glass-ceramic fillers in dental composites-A review. Journal of Metals, Materials and Minerals, 30 (2), 22-30, 2020.
• 8. Yadav R., Kumar M., Dental restorative composite materials: A review, Journal of Oral Biosciences, 61 (2), 78-83, 488-495, 2019.
• 9. Teshima W., Nomura Y., Ikeda A., Kawahara T., Okazaki M., Nahara Y., Thermal degradation of photo-polymerized BisGMA/TEGDMA-based dental resins, Polymer Degradation Stability, 84, 167-172, 2004.
• 10. Li S., Yu X., Liu F., Deng F., He J., Synthesis of antibacterial dimethacrylate derived from niacin and its application in preparing antibacterial dental resin system. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 102, 103521, 2020.
• 11. Achilias D.S., Karabela M.M., Sideridou I.D., Thermal degradation and isoconversional kinetic analysis of light-cured dimethacrylate copolymers, Journal of Thermal Analysis Calorimetry, 99, 917-923, 2010.
• 12. Bannach G., Cavalheiro Ccs., Calixto L., Cavalheiro E., Thermoanalytical study of monomers: BisGMA, BisEMA, TEGDMA, UDMA and their mixture, Brazilian Journal of Thermal Analysis, 4 (1-2), 28-34, 2015.
• 13. Bouzidi A., Bayou S., Khier N., Dehamchia M., Photoinitiated polymerization of a dental formulation, part 2: kinetic studies, Polymer Bulletin, 81, 4221-4235, 2023.
• 14. Matinlinna Jp., Lassila L.V.J., Vallittu P.K., The effect of three silane coupling agents and their blends with a cross-linker silane on bonding a Bis-GMA resin to silicatized titanium (a novel silane system), Journal of Dentistry, 34, 740-746, 2006.
• 15. Nalçacı A., Kompozit Rezinlerdeki BİSGMA+TEGDMA Miktarının Spektroskopik Yöntem İle Değerlendirilmesi, Ankara Üniversitesi Diş Hek. Fak. Dergisi, 31 (1), 9-17, 2004.
• 16. La Mantia F.P., Morreale M., Botta L., Mistretta M.C., Ceraulo M., Scaffaro R., Degradation of polymer blends: A brief review, Polymer Degradation Stability, 145, 79-92, 2017.
• 17. Stanescu P.O., Florea N.M., Lungu A., Iovu H., Kinetic Study on the Thermal Degradation of UDMA-BisGMA Copolymers, Materiale Plastice, 48 (2), 148-153, 2011.
• 18. Chen L., Yu Q., Wang Y., Li H., BisGMA/TEGDMA dental composite containing high aspect-ratio hydroxyapatite nanofibers, Dental Materials, 27 (11), 1187-1195, 2011.
• 19. Xia Y., Zhang F., Xie H., Gu N., Nanoparticle-reinforced resin-based dental composites, Journal of Dentistry, 36, 450-5. 2008.
• 20. Mitra S.B., Wu D., Holmes BN., An application of nanotechnology in advanced dental materials, Journal of American Dental Association, 134, 1382–90, 2003.
• 21. Arcis R.W., Lopez-Macipe A., Toledano M., Osorio E., Rodriguez-Clemente R., Murtra J., et al., Mechanical properties of visible light-cured resins reinforced with hydroxyapatite for Dental restoration, Dental Materials, 18, 49-57, 2002.
• 22. Aslan A., Usul S.K., Dental Uygulamalar İçin Yeni Nesil Fonksiyonel Nanokompozitlerin Hazırlanması ve Karakterizasyonu, İnönü Üniversitesi Sağlık Hizmetleri Meslek Yüksekokulu Dergisi, 9 (3), 1027-1043, 2021.
• 23. Collares F.M., Portella F.F. Leitune V.C., Samuel S.M., Discrepancies in degree of conversion measurements by FTIR, Brazilian Oral Res. 28, 453–454, 2013.
• 24. Encalada-Alayola J.J., Veranes-Pantoja Y., Uribe-Calderón J. A., Cauich-Rodríguez J. V., Cervantes-Uc J. M., Effect of type and concentration of nanoclay on the mechanical and physicochemical properties of Bis-GMA/TTEGDMA, Dental Resins, Polymers, 12, 601, 2020.
• 25. Tittal R.K., Vikas D.G., Yadav P., Lal K., Kumar A., Synthesis, Antimicrobial Potency with in Silico Study of Boc-Leucine-1, 2, 3-Triazoles. Steroids, 108675, 2020.
• 26. Jojibabu P., Zhang Y.X., Prusty B.G., A review of research advances in epoxy-based nanocomposites as adhesive materials, International Journal of Adhesion and Adhesives, 96, 102454, 2020.
• 27. Leng P.B., Md Akil H., Hui Lin O., Thermal properties of microsilica and nanosilica filled polypropylene composite with epoxy as dispersing aid. Journal of reinforced plastics and composites, 26 (8), 761-770, 2007.
• 28. Abd El-Fattah M., El Saeed A.M., El-Ghazawy R.A., Chemical interaction of different sized fumed silica with epoxy via ultrasonication for improved coating. Progress in Organic Coatings, 129, 1-9, 2019.
• 29. Stuart B., Infrared Spectroscopy: Fundamentals and Applications, 2004, John Wiley & Sons, Ltd. 30. Vouvoudi E.C., Achilias D.S., Sideridou I.D., Dental light-cured nanocomposites based on a dimethacrylate matrix: Thermal degradation and isoconversional kinetic analysis in N2 atmosphere, Thermochimica Acta, 599, 63-72, 2015.
• 31. Barot T., Rawtani D., Kulkarni P., Hussain C.M., Akkireddy S., Physicochemical and biological assessment of flowable resin composites incorporated with farnesol loaded halloysite nanotubes for dental applications. Journal of the mechanical behavior of biomedical materials, 104, 103675, 2020.
• 32. Naktiyok J., Bayrakçeken H., Özer A.K., Gülaboğlu M.Ş., Investigation of combustion kinetics of Umutbaca-lignite by thermal analysis technique, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 129 (1), 531-539, 2017.
• 33. Flynn J.H., Wall L.A., General treatment of thermogravimetry of polymers, J Res Natl Bur Stand, 70A, 487, 1966.
• 34. Ozawa T., A new method of analyzing thermogravimetric data, Bull Chem Soc Jpn., 38, 1881, 1965.
• 35. Kissinger H., Variation of peak temperature with heating rate in differential thermal analysis, J Res Nation Bureau Stand, 57 (4), 217-221, 1956.
• 36. Akahira T., Sunose T., Joint Convention of four electrical institutes, Sci Technol., 16, 22-31, 1971.
• 37. Friedman H.L., Kinetics of thermal degradation of char-forming plastics from thermogravimetry. Application to phenolic plastic, Journal of Polymer Science Part C: Polymer Symposia, C6, 183. 1964.
• 38. Achilias D.S., Karabela M.M., Sideridou I.D., Thermal degradation of light-cured dimethacrylate resins Part I. Isoconversional kinetic analysis, Thermochimica Acta 472, 74-83, 2008.