Polivinil pirolidon 'un çözelti dinamiği ve dekstran ile karışabilirliğinin incelenmesi
Solution dynamics of polyvinyl pyrrolidone and investigation of miscibility with dextran
Yazar: BURCU TÜRKER
Danışman: PROF. DR. ALİ GÜNER
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Birbiri içerisinde karışabilen veya karışamayan polimerlerin karışabilirliklerinin incelenmesi, polimerlerin sahip olduğu özellikleri bir araya getirdiğinden, polimerlerin kullanım alanı genişledikçe giderek önem kazanan bir yöntem olmuştur.

Polivinil pirolidon (PVP) ve Dekstran polimerlerinin uyumu ve karışabilirliği, "benzer benzeri çözer" ifadesinin teorik uygulamasını, algoritmik yaklaşımlar temeliyle (HSPiP; "Hansen Solubility Parameters in Practice" hesaplamalı bilgisayar programı ile) iki farklı çözücüde incelenmiştir. Fonksiyonel grupların katkısı yöntemiyle, HSPiP hesaplamalı bigisayar programı kullanılarak, PVP ve Dekstran için, Kohesif Enerji Yoğunluğu/Çözünürlük Parametreleri, alt çözünürlük parametre bileşenleri ve bu bileşenlerin kombinasyonları hesaplanmıştır. Hesaplamalar sonucunda, bu parametreler kullanılarak, polimerlerin farklı çözücülerdeki çözünürlük/ilgi profilleri iki boyutlu (2D) ve üç boyutlu (3D) diyagramlar ile oluşturulmuştur. Algoritmik hesaplamaların sonucunda, polimer ve polimer karışım sistemleri için DMSO daha iyi ve uyumlu çözücü olarak seçilmiş, su ise daha zayıf çözücü olarak belirlenmiştir.

Çalışmamızın başlangıcında, PVP 'nin etkileşim dinamiği/kimyasal ilgisini araştırmak amacıyla, polimerin yapısında bulundurduğu nem varlığında (bağıl nem) termal (DSC, DMA, TGA), spektroskopik (FT-IR, UV-Vis) ve viskozimetrik yöntemler kullanılmıştır.

HSPiP programı ile gerçekleştirilen, hesaplamalar doğrultusunda, FT-IR ve UV-Vis Spektroskopisi (pik analiz çalışmaları için OriginPro 8.5 programı kullanılarak), Diferansiyel Taramalı Kalorimetri (DSC), Termogravimetrik Analiz (TGA), Dinamik Mekanik Analiz (DMA), ve Viskozimetri (Ubbelohde Viskozimetri) yöntemleri polimerler (PVP-Dekstran) arasındaki ve polimer-çözücü arasındaki spesifik etkileşimleri (özellikle hidrojen bağı oluşumlarını) karakterize etmek amacıyla kullanılmıştır.

FT-IR, polimer karışımlarındaki etkileşimlerin gücünü ve davranışlarını incelemek için kullanılan bir yöntem olmuştur. PVP ve Dekstran karışım sistemi hazırlandığında, moleküler seviyede, iki molekül arasındaki dinamik etkileşimi değiştirmektedir. Bu değişimi gözlemlemek için öncelikli olarak FT-IR yöntemi kullanılmaktadır. PVP ağırlıklı olarak azot üzerinden veya laktam halkası üzerindeki karbonil grubu yoluyla H-bağı oluşturma kapasitesine sahiptir. Bu durumun, etkileşen grupların bant genişliğinde ve bant kaymalarında farklılığa neden olduğunu açıkca göstermektedir (C=O gerilme titreşimleri).

PVP ve PVP-Dekstran için DMSO ve sulu çözeltilerinin, elektronik spektral absorpsiyon davranışları, elektronik geçişleri ile UV-Vis Spektrofotometri ile incelenmiştir.

PVP ile Dekstran ve bu polimerlerin karışım sistemlerinin, su ve DMSO içerisindeki çözeltilerinin viskozimetrik davranışları incelenmiş ve klasik Huggins eşitliği kullanılarak, polimer-su ve polimer-DMSO sistemlerinin indirgenmiş viskozite ve intrinsik viskozite değerleri elde edilmiştir.

PVP ve Dekstranın karışım örneklerinin termal davranışları, DSC ve TGA kullanılarak, dinamik mekanik özellikleri DMA ile incelenmiştir. DMA termogramlarında, polimerler ve karışımlarının camsı geçiş sıcaklıkları (Tg) ve camsı geçiş sıcaklıklarının farklılıkları, Depolama modülüs-Sıcaklık ve Depolama modülüsün türevi-Sıcaklık skalaları ile incelenmiş, polimer karışımlarının su ve DMSO çözücüleri ile hazırlanan örneklerinin temel Tg değişimleri gözlenmiştir.

Bunlara ek olarak, polimer örneklerine nemin etkisi ve bağlı nemin etkileşim dinamiği ayrıntılı olarak tartışılmıştır.



Anahtar Kelimeler: PVP Etkileşim Dinamiği, PVP-Dekstran Karışımları, HSPiP Hesaplamalı Bilgisayar Programı, Kimyasal İlgi, FT-IR, UV-Vis, DSC,TGA, DMA, Viskozimetri

Abstract:
The investigation of miscibility between immiscible or miscible polymers has become an increasingly important technique for developing commercial polymer materials, which may combine the properties of several single polymers.

Compatibility and miscibility of poly(N-vinylpyrrolidone) (PVP) and Dextran (Dex) blends have been investigated by using and algorithmic approach (HSPiP; Hansen Solubility Parameters in Practice, a computational software) as the theoretical application of the "like dissolves like" principal in two different solvents. The cohesive energy density/solubility parameters, their sub-parameters and sub-parameter combinations of PVP and Dex have been evaluated by using functional group contribution method of HSPiP software pogramme. Then their two-dimensional (2D) and three-dimensional (3D) graphs have been drawn by creating the solubility/affinity profiles of the polymers in different solvents. As a consequence of algorithmic calculations, DMSO was determined to be a better solvents, whereas water poorer solvent for PVP/Dex blend systems.

Initial state of this study, interaction dynamism/chemical affinity of PVP have been investigated in the presences of moisture, by using thermal (DSC, DMA, TGA), spectroscopic (FT-IR, UV-Vis) and viscosimetric methods.

In the light of computational calculations, according to .HSPiP, Fourier Transform Infrared (FT-IR), UV-Vis Spectroscopy (by using OriginPro8.5 software in order to peak analysis/peak-deconvolution), Differential Scanning Calorimethry (DSC), Termogravimetric Analysis (TGA), Dinamic Mechanical Analysis (DMA) and Viscosimetry (Ubbelohde Viscosimetry) were used to characterize the spesific interactions between (mainly hyrogen-bond formations) the polymers (PVP-Dextran) and polymer-solvent systems.

FT-IR has been the method of choice to probe the nature and extent of interactions in polymer blends. H-bond formation, when PVP-Dex mixture is prepared, changes the interaction by dynamics between the two molecules at the molecular level, which can be visualized by FT-IR as the primary method. PVP is capable of forming an H-bond either through nitrogen or mainly the carbonyl group on the lactam ring. This will manifest itself as changes in the frequency bandwidth and band shifts of interacting groups (C=O streching vibrations)

Electronic spectral behavior of PVP and PVP-Dex water solutions and PVP-Dex DMSO solutions have been determined by UV-Vis spectrophotometry, following electronic transitions.

Viscometric behaviors of PVP, Dex and their blend systems in water and DMSO solutions have been studied. The reduced viscosity and intrinsic viscosity have been evaluated for the polymer/water and polymer/DMSO systems by classical Huggins equation.

Thermal behaviours of PVP-Dex systems, have been studied by DSC and TGA methods and the  dynamic  mechanical  properties,  glass  transition  temperatures (Tg) and  glass transition temperatures differences of polymers and their blends have been studied  using  Storage  modulus-T  and  Derivative  storage  modulus-T  scale  and main glass transition changes have been observed in polymer blend-water/DMSO systems.

In  addition,  the  influence  of  moisture  on  polymer  samples  and  their  interaction dynamism  has  also  been  analyzed  in  details.


Keywords: PVP Interaction Dynamism, PVP-Dex Blends, HSPiP Computational Software, Chemical Affinity, FT-IR, UV-Vis, DSC, TGA, DMA, Viscosimetry