Poli (n-vinilimidazol) /poli (akrilik asit) ve poli (n-vinilimidazol)/poli (metakrilik asit) interpolimer komplekslerinin sulu ortamda oluşumu ve karakterizasyonu
Formation and characterization of interpolymer complexes of poly (n-vinylmidazole) /poly (acrylic acid) and poly (n-vinylimidazole) / poly (methacrylic acid) in aqueous medium
Yazar: MOHAMMADREZA GHAFFARLOU
Danışman: PROF. DR. OLGUN GÜVEN
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Poli(N-vinilimidazol)/poli(akrilik asit) ve poli(N-vinilimidazol)/poli(metakrilik asit) arasındaki interpolimer kompleks (IPC) oluşum reaksiyonlarını etkiliyen faktörleri incelemek amacıyla bazik ve asidik koşullarda, farklı konsantrasyonlarda hazırlanan poli(N-vinilimidazol) çözeltileri, farklı konsantrasyonlarda hazırlanan poli(akrilik asit) ve poli(metakrilik asit) çözeltileri ile etkileştirilmiştir. Tezin ilk kısmında IPC oluşum reaksiyonları pH, bulanıklık, viskozimetrik ve iletkenlik titrasyonlarının yanı sıra yüzey gerilimi ve floresans ölçümleri ile makroskobik ve mikroskobik düzeyde incelenmiştir. Kompleks oluşumu poliasite polibaz eklenmesi ile takip edilmiştir. Sistemin pH'ının kompleksleşme sırasında önce arttığı görülmüştür. Titrasyon dönüm noktasında poliasitin ayrışmaya başlamasıyla (pKa değerinin üstünde) kompleksleşme azalmış ve poliasitin tamamen ayrışmasıyla kompleksleşme durmuş ve pH değişmemiştir. Sistemin bulanıklığı kompleksleşme sırasında artmış ve titrasyon dönüm noktasında maksimum değere ulaştıktan sonra fazladan eklenen titrantın yarattığı seyreltme etkisi nedeniyle azalmıştır. Sistemin viskozite değerinin kompleksleşmeyle düştüğü ve kompleksleşme sona erdiğinde değişmeden kaldığı gözlenmiştir. IPC oluşumu polimerlerin hidrodinamik hacminde büyük bir düşüşe yol açmış ve sistemin viskozite değerinde düşüşe neden olmuştur. Kompleksleşmeyi mikroskobik düzeyde incelemek amacıyla iletkenlik titrasyonu yapılmıştır. Zayıf bir asidin zayıf bir bazla titrasyonunda dönüm noktasına kadar iletkenlik azalır dönüm noktasından sonra ortama fazladan katılan zayıf baz iletkenliğe bir katkı getirmez ve bu yüzden iletkenlikteki azalma durur. Bu durum çalışılan her iki sistemle de gözlenmiştir. Floresans deneylerinde hiçbir floresans aktif prop kulanılmamıştır. Ancak 500-540nm bölgesinde polibaz ile poliasit etkileşimi sonucu yeni bir pik oluşumu gözlenmiştir. Tezin ikinci bölümünde elde edilen IPC'ler Attenuated Total Reflectance Fourier Transform Infrared spektroskopisi (ATR-FTIR), termogravimetrik analiz(TGA-DTG), ve değme açısı ölçümleri ile karakterize edilmiştir. ATR-FTIR çalışması, poli(N-vinilimidazol)'un imidazol halkasındaki üçüncü pozisyonda olan azot atomu ile poli(akrilik asit) ve poli(metakrilik asit) `in karboksilik grupları arasında elektrostatik ve intermoleküler hidrojen bağı etkileşimleri olduğunu göstermiştir. Poli(akrilik asit), poli(metakrilik asit), poli(N-vinilimidazol) ve IPC'lerin termal kararlılıkların tespit etmek için termogravimetrik analiz yapılmıştır. Diferansiyel taramalı kalorimetre analizleri IPC'lerde akrilik asit, metakrilik asit ve imidazol birimleri arasında elektrostatik etkileşimlerin bir sonucu olarak bu polimerlerin karışabilirliklerinin iyi olduğunu gösterilmiştir. Zeta potansiyeli ölçümleri, ortamda fazladan bulunan polimerin IPC yüzeyine kaplandığını ve kompleksin yükünü kontrol ettiğini ortaya koymustur. Son olarak IPC'lerin yüzey enerjisini hesaplamak için değme açısı ölçümleri yapılmış ve yüzey enerjisinin kompleksleşme ile değişimi incelenmiştir.Anahtar Sözcükler: interpolimer kompleks, poli(N-vinilimidazol), poli(akrilik asit), poli(metakrilik asit).

Abstract:
Poly(acrylic acid) and poly(methacrylic acid) solutions and poly(N-vinylimidazole) solutions, each with different concentrations, were interacted to study the factors that affect the interpolymer complex (IPC) formation reactions between Poly(N-vinylimidazole)/poly(acrylic acid) and poly(N- vinylimidazole)/poly(methacrylic acid) in acidic and basic media. In the first part of the thesis pH, turbidity, viscosimetry, surface tension, fluorescence measurements and conductivity titrations were performed to study the formation reactions of IPC?s in macroscopic and microscopic scale.Complex formation was followed by the addition of polyacid on polybase. An increase in pH was observed during complexation. In the end point of titration (above pKa) there was decrease in complexation with the onset of dissociation in poly acid. The complexation stopped with the full dissociation of poly acid hence pH of the system remained stable. The turbidity of the system was increased and reached it?s maximum value in the end point of the titration. Further addition of titrant caused a decrease in turbity due to the dilution effect. The viscosity of the system was decreased with the complexation and remained stable when the complexation stopped. IPC formation lead to a decrease in the hydrodynamic volume of polymers and consequently in the viscosity of the system. In order to investigate the complexation in microscopic level, conductometric titrations were performed. In the titration of a weak acid with the weak base the conductivity decreases as the system approaches to end point. However further addition of the weak base does not affect the conductivity significantly hence the decrease in conductivity stops. This situation was observed for both systems. Florescence active probes were not used for fluorescence experiments. However, in 500-540 nm region a different peak was observed as a consequence of an interaction between poly base and poly acid. In the second part of this dissertation the obtained IPC?s were characterized using Attenuated Total Reflectance Fourier Transform Infrared Spectroscopy (ATR-FTIR), Thermogravimetric analysis (TGA-DTG), and contact angle techniques. ATR-FTIR experiments showed that electrostatic interactions and intermolecular hydrogen bonding exists between the nitrogen atom in the third position of poly(N-vinyl imidazole) ring and the carboxylic acid groups of poly(acrylic acid) and poly(methacrylic acid). Thermogravimetric analyses were performed to study the thermal stabilities of poly(acrylic acid), poly(methacrylic acid) and poly(N-vinyl imidazole). Differential scanning calorimetry analysis of ICP?s. This result showed that a good miscibility was obtained for the polymers as a result of electrostatic interactions between acrylic acid, methacrylic acid and imidazole units. Zeta potential measurements showed that polymer present in excess adsorbs on the surface of IPC controlling the charge of the complex. Finally, contact angle measurements were carried out to calculate the surface energy of ICP?s and investigated change of surface energy with the complexation.Keywords: poly(N-vinylimidazole), poly(acrylic acid), poly(methacrylic acid), interpolymer complex