Yeni bazı graft kopolimerlerin sentezi ve fizikokimyasal özelliklerinin incelenmesi
Synthesis and investigation of physicochemical properties of some new graft copolymers
Yazar: ABDULKADİR ALLI
Danışman: PROF. DR. BAKİ HAZER
Zonguldak Karaelmas Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2008
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Bu çalışma genel olarak, çapraz bağlı polipropilen glikollerin şişme özellikleri ve sıcaklığa duyarlı bazı yeni poli (N-isopropilakrilamid) (PNIPAM) biyokonjugatların sentezi olmak üzere iki kısımdan oluşmaktadır. Çalışmanın ilk kısmında, çapraz bağlı Polipropilen glikollerin çözünürlük parametreleri, ? , belirlenmiştir. Ikinci kısımda ise, sıcaklığa duyarlı yeni tip polimerler sentezlenip karakterizasyonları yapılmış ve fizikokimyasal özellikleri incelenmiştir.Çalışmanın ilk kısmında, polipropilen glikol esaslı yeni tip makromonomer azo başlatıcılar sentezlenmiştir. Makromonomer başlatıcıların, belli bir sıcaklıkta kendiliğinden radikal polimerizasyonları, polipropilen glikol esaslı çapraz bağlı yapılarını oluşturmuştur. Çapraz bağlı polimerlerin çözünürlük parametreleri bir seri çözücüde şişme deneyleri yapılarak belirlenmiştir. Çapraz bağlı PPG-400 ve çapraz bağlı PPG-2000 aynı çözünürlük parametresi değeri göstermiştir. Fakat, onların şişme oranları, jellerdeki çapraz bağ noktaları (Mc) arasındaki zincir uzunluklarının farklılığından dolayı, farklı bulunmuştur.Tetrahidrofuran(THF) içinde çapraz bağlı PPG-2000 en büyük şişme oranı göstermiştir ve bu şişme oranı 19.48 bulunmuştur. Aynı çözücüde çapraz bağlı PPG-400 ün şişme oranı 6.84 bulunmuştur. Çapraz bağlı polimerlerin çözünürlük parametreleri ve ? sabitleri sırayla ? çapraz bağlıPPG400 = 9.56 (calcm-3)1/2, ? = 0.123 cm3cal-1 ve ? çapraz bağlıPPG2000 = 8.95 (calcm-3)1/2, ? = 0.107 cm3cal-1 olarak bulunmuştur.Bu çalışmanın ikinci kısmında, sıcaklığa duyarlı PNIPAM-soya yağı ve /veya polipropilen (PPG) konjugatların yeni serilerinin sentezi, karakterizasyonu ve çözelti özellikleri tanımlanmıştır. Bu amaçla; NIPAM monomerinin serbest radikal polimerizasyonu, PSB makrobaşlatıcısı ve/veya PPG makromonomer başlatıcıları tarafından, PSB-g-PNIPAM, PPG-g-PNIPAM ve PSB-g-PPG-g-PNIPAM çapraz bağlı graft kopolimerleri elde etmek için, başlatıldı. Oda sıcaklığında hava ortamında soya yağı, otooksidasyonla çapraz bağlı kısımlar içeren çözünebilir polimerik soya yağı peroksidine dönüştü. Çapraz bağlı kısımdan izole edilen çözünebilir polimerik yağ makro-peroksiti, çapraz bağlı PSB-g-PNIPAM kopolimerini vermek üzere NIPAM'ın serbest radikal polimerizasyonunu başlatmakta kullanıldı.PPG-makromonomer başlatıcı elde etmek için, PPG-MIM, Mn 400 (veya 2000) Dalton olan PPG-bis amino propil eter, sırasıyla 4,4'-azo bis siyanopentanoil klorür ve metakriloil klorür ile reaksiyona sokuldu. PPG-MIM aynı zamanda, PPG-g-PNIPAM çapraz bağlı sıcaklığa duyarlı ürün vermek üzere NIPAM'ın serbest radikal polimerizasyonunu başlattı.PSB-g-PPG-g-PNIPAM çapraz bağlı üç bloklu graft kopolimer elde etmek için, PSB makrobaşlatıcı ve PPG-MIM makromonomer başlatıcı karışımları kullanılarak NIPAM polimerleştirildi. Graft kopolimerlerdeki PSB içerikleri, graft kopolimerlerdeki azotun elementel analizleriyle hesaplandı.Ürünlerin karakterizasyonlarında termal analiz, SEM, FTIR ve 1H NMR teknikleri kullanıldı. Su içerisinde şişen çapraz bağlı polı(N-isopropilakrilamid), PNIPAM, graft kopolimerlerinin sıcaklığa duyarlılık hızı üzerine polimerik soya yağı, PSB, ve PPG'nin etkisi, sıcaklık değişikliklerine karşı şişme-büzülme ve kimyasal madde salım davranışlarıyla araştırıldı.Çapraz bağlı PNIPAM konjugatların alt kritik çözelti sıcaklıkları(LCST) çözelti sıcaklığına karşı çizilen şişme derecelerinin eğrisinden belirlendiler. Hidrofobik olarak modifiye edilen PNIPAM konjugatların sıcaklığa duyarlılıkları sırasıyla; PSB-g-PNIPAM için 27oC, PPG-g-PNIPAM için 23oC ve PSB-g-PPG-g-PNIPAM için 27oC'lere azaltıldı. Graft kopolimerlerin pH'a duyarlılıklarının olmadıkları bulunmuştur. Ayrıca, yüksek pH aralıkları PSB ester bağlarının çabucak hidrolizine neden olmakta ve çapraz bağlı graft kopolimerleri çözünür yapmaktadır. Jellerin en hızlı büzülmeleri 50 oC'de %65-%98 arasında su kaybetmeleriyle gözlendi.Model ilaç olarak kullanılan Metil oranj (MO), alt kritik çözelti sıcaklığının (LCST) altındaki ve üzerindeki sıcaklıklarda kontrollü salım etkilerini karşılaştırmak ve incelemek için çapraz bağlı graft kopolimerlerin içerisine yüklendi.

Abstract:
This work is generally consist of two parts concerning with swelling properties of cross-linked polypropylene glycols and synthesis of some new thermoresponsive poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) conjugates. In the first part of this work, solubility parameters of cross-linked polypropylene glycols were determined. In the second part of this work, some new termoresponsive polymers were synthesized, characterized and investigated in view of the physicochemical properties.In the first part of this work, new type macromonomeric azo initiators, MIMs, based on polypropylene glycol, PPG, with molecular weight 400 and 2000, were synthesized. Self condensing radical polymerization of the macromonomeric initiators gave cross-linked polypropylene glycols. The solubility parameters of the cross-linked polymers determined using swelling experiments in a series of solvents have been reported. Crosss-linked PPG-400 and cross-linked PPG-2000 indicated the same solubility parameter value. But their swelling ratios were different because of the differences of the chain lengths in between of the cross-points (Mc) of the gels.Therefore, the largest swelling ratio exhibited by a cross-linked PPG-2000 in tetrahydrofurane was being 19.48, while the ratio for the cross-linked PPG-400 in the same solvent was 6.84. The solubility parameters and constant ? for these cross-linked polymers were obtained as ? cross-linkedPPG400 = 9.56 (calcm-3)1/2, ? = 0.123 cm3cal-1 and ? cross-linkedPPG2000 = 8.95 (calcm-3)1/2, ? = 0.107 cm3cal-1 by using the least squares regression method.In the second part of this work, Synthesis, characterization and solution properties of the new series of the PNIPAM-soybean oil and/or polypropylene glycol, PPG, conjugates have been described. For this purpose free radical polymerization of NIPAM monomer was initiated by PSB macroinitiator and/or PPG mocromonomeric initiator in order to obtain PSB-g-PNIPAM, PPG-g-PNIPAM and PSB-g-PPG-g-PNIPAM cross-linked graft copolymers. The autooxidation of soybean oil under air at room temperature rendered waxy soluble polymeric soybean oil peroxide associated with cross-linked parts. The soluble polymeric oil macro-peroxide isolated from the cross-linked part was used to initiate the free radical polymerization of NIPAM to give PSB-g-PNIPAM cross-linked copolymer.To obtain PPG-macromonomeric initiator, PPG-MIM, PPG-bis amino propyl ether with Mn 400 (or 2000) Dalton was reacted with 4,4?-azo bis cyanopentanoyl chloride and methacryloyl chloride, respectively. PPG-MIM also initiated the free radical polymerization of NIPAM at 80oC to yield PPG-g-PNIPAM cross-linked thermoresponsive product.In order to obtain PSB-g-PPG-g-PNIPAM cross-linked triblock copolymer, NIPAM was polymerized by using the mixture of two macroinitiators, PSB and PPG-MIM. PSB contents in the graft copolymers were calculated via elemental analysis of nitrogen in graft copolymers.Thermal analysis, SEM, FTIR and 1H NMR techniques were used in the characterization of the products. The effect of polymeric soybean oil, PSB, and/or PPG on the thermal response rate of poly (N-isopropylacrylamide, PNIPAM, cross-linked-graft copolymers swollen in water has been investigated by means of swelling-deswelling and drug release behaviors against to temperature change.Lower critical solution temperature (LCST) of the cross-linked PNIPAM conjugates were determined from the curves of swelling degrees versus solution temperatures. The response temperature of the hydrophobically modified PNIPAM conjugates was reduced to 27oC, 23oC and 27oC for PSB-g-PNIPAM, PPG-g-PNIPAM and PSB-g-PPG-g-PNIPAM, respectively. We have found that the graft copolymers were not pH-responsive. In addition, higher pH ranges cause the hydrolysis of the PSB ester linkages, quickly and make the cross-linked graft copolymers soluble. The fastest shrinking of the gels was observed by loosing water between 65 and 98% at 50oC.Methyl orange (MO), used as the model drug, was loaded into cross-linked graft copolymers to examine and compare the effects of controlled release at lower and higher temperatures of lower critical solution temperature (LCST).