İyonik poli(N-izopropilakrilamid) kopolimerlerinin hazırlanması ve karakterizasyonu
The preparation and characterization of ionic poly(N-isopropylacrylamide) copolymers
Yazar: BESTENUR KURTULUŞ
Danışman: DOÇ. DR. GÜLTEN GÜRDAĞ
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimyasal Teknolojiler Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Kimya = Chemistry ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Bu çalışmada, N-izopropilakrilamid (NIPAM) ve N,N-dimetilaminoetil metakrilat (DMAEMA)/N,N-dimetilaminoetil metakrilat sülfat (DMAEMASA) monomerlerinden çapraz bağlı, katyonik NIPAM-DMAEMASA ve NIPAM-DMAEMA kopolimer jelleri hazırlanmıştır. İlk kez bu çalışmada hazırlanan yeni NIPAM-DMAEMASA kopolimer jellerinin özellikleri, modifiye edilmemiş DMAEMA kullanılarak hazırlanan NIPAM-DMAEMA jellerinin özellikleri ile karşılaştırılmıştır. Polimerizasyon reaksiyonları destile su içinde, amonyum persülfat (APS) başlatıcısı ve N,N,N',N'-tetrametiletilendiamin hızlandırıcısı kullanılarak, 40oC'da gerçekleştirilmiştir. Çapraz bağlama vasıtası olarak toplam monomer konsantrasyonunun % 0.5 ve % 2'si kadar N,N'-metilen bis akrilamid (NMBA) kullanılmış; toplam monomer konsantrasyonu ise 0.8 M olarak sabit tutulmuştur. Çalışmada, hazırlanan kopolimer jellerin şişme davranışının pH ve sıcaklık ile değişimi incelenmiştir. Bu amaçla jeller, çeşitli sıcaklıklarda (10-40oC), destile su içinde ve 20oC'da çeşitli pH değerlerine sahip (2.2, 2.8, 5.0, 7.0, 8.5 ve 10.0) tampon çözeltiler içinde 24 saat süre ile bekletilerek, şişme denge değerlerine ulaşmaları sağlanmış ve şişme denge değerleri gravimetrik yöntemle belirlenmiştir. Jellerin karakterizasyonunda elementel analiz ve FTIR spektroskopisine ilaveten, mikroskopik morfoloji incelemesi için taramalı elektron mikroskopisi (SEM) yöntemi kullanılmıştır.Çalışmada, poli(N-izopropilakrilamid) (PNIPAM)'ın alt kritik çözelti sıcaklığının (LCST) üzerindeki bir sıcaklıkta, 40oC'da, saydam görünümlü NIPAM hidrojelleri elde edilmiştir. NIPAM-DMAEMASA kopolimerlerinde, DMAEMASA komonomeri ve çapraz bağlayıcı miktarının artması ile şişme denge değerlerinin azaldığı, buna karşılık şişme ortamının sıcaklığının artması ile şişmenin arttığı tespit edilmiştir. NIPAM-DMAEMASA ve NIPAM-DMAEMA kopolimerlerinin destile su içinde, 20oC'daki şişme denge değerleri karşılaştırıldığında, ilkinin 5.5 kat daha yüksek su absorbladığı belirlenmiştir. NIPAM-DMAEMA kopolimerlerinde DMAEMA miktarı ve sıcaklık ile şişme denge değerleri azalmış ve alt kritik çözelti sıcaklığı 20oC olarak tespit edilmiştir. DMAEMASA-NIPAM kopolimerleri 20oC'da, iyonik şiddeti 0.1 M olan tampon çözeltiler içinde, pH=5'de faz geçişi göstermiş iken; DMAEMA-NIPAM kopolimerleri ise asidik ve bazik pH'da maksimum, nötral ortamda ise minimum şişme sergilemiştir. DMAEMA-NIPAM polimerlerinde faz geçiş pH'ının DMAEMA miktarı ile 5'ten 7'ye artış gösterdiği belirlenmiştir.

Abstract:
In this thesis, a series of crosslinked, cationic copolymer gels, poly(N-isopropylacrylamide-co-N,N-dimethylaminoethyl methacrylate) [P(NIPAM-co-DMAEMA)] and poly(N-isopropylacrylamide-co-N,N-dimethylaminoethyl methacrylate sulfate) [P(NIPAM-co-DMAEMASA)], were prepared from N-isopropylacrylamide (NIPAM) and N,N-dimethylaminoethyl methacrylate (DMAEMA)/N,N-dimethylaminoethyl methacrylate sulfate (DMAEMASA). The properties of NIPAM-DMAEMASA gel, which was prepared for the first time in this study, were compared with those of NIPAM-DMAEMA gels prepared from non-modified DMAEMA with acid. Polymerization reactions were performed by using ammonium persulphate (APS) as initiator and N,N,N?,N?-tetramethylethylenediamine (TEMED) as accelerator in distilled water at 40oC. While the amount of the crosslinker N,N?-methylene bis acrylamide (NMBA) was varied between 0.5 and 2 mol % with respect to the total monomer content, the initial total monomer concentration was kept constant at 0.8 M. The swelling behavior of the gels was investigated as a function of pH and temperature of the swelling medium. The variation of the equilibrium swelling values (ESV) of hydrogels with temperature was studied in distilled water at different temperatures (10, 20, 30 and 40oC). In order to determine the pH-dependent swelling of gels, they were immersed in buffer solutions with different pH values (2.2, 2.8, 5.0, 7.0, 8.5 and 10.0) and constant ionic strength (0.1 M) at 20oC for 24 h. Then, the ESVs were determined by gravimetric method.NIPAM-DMAEMASA or NIPAM-DMAEMA gels were characterized by elemental analysis and Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) methods. In addition, microscopic morphology of the copolymers was investigated by Scanning Electron Microcopy (SEM).In this thesis study, transparent NIPAM hydrogels in appearance were prepared at 40oC that is higher than the lower critical solution temperature (LCST) of poly(N-isopropylacrylamide). The equilibrium swelling values of NIPAM-DMAEMASA copolymers decreased with the increase in the contents of DMAEMASA and NMBA, but they increased with the temperature of swelling medium. The comparison between the equilibrium swelling values of NIPAM-DMAEMASA and NIPAM-DMAEMA copolymers in distilled water at 20oC showed that the former polymers absorb 5.5 times more water than the latter. The equilibrium swelling values of NIPAM-DMAEMA copolymers decreased with the increase in DMAEMA content of polymer and the temperature of swelling medium. In addition, LCST of that copolymer was determined as 20oC. While NIPAM-DMAEMASA gels displayed a phase transition at pH=5 in buffer solutions with ionic strength of 0.1 M at 20oC, the pH of phase transition for NIPAM-DMAEMA gels shifted with DMAEMA content from 5 to 7.