Organojellerin sentezi, karakterizasyonu ve uygulamaları
Synthesis, characterization and applications of organogels
Yazar: FUNDA ÖZDEMİR
Danışman: DOÇ. DR. SELVA ÇAVUŞ
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Proses ve Reaktör Tasarımı Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Jeller çapraz bağlı polimer ağın şişme ortamında kullanılan çözücü türüne göre sınıflandırılabilmektedir. Yüksek miktarda su absorplayan jeller hidrojel olarak adlandırılırken, organik çözücücü içinde şişen jeller için organojel ifadesi kullanılmaktadır. Benzen ve toluen gibi çözücüleri absorplama özelliğine sahip organojeller özellikle çevresel nedenlerden dolayı önem taşımaktadır. 
Bu çalışma kapsamında, poli(dodesil metakrilat-ko-metakrilamid) (P(DDMA-ko-MAAm), poli(dodesil metakrilat-ko-metakrilamid-poli(etilen glikol)) (P(DDMA-ko-MAAm-PEG600), poli(dodesil metakrilat-ko-2-dietilaminoetil metakrilat) (P(DDMA-ko-DEAEMA) ve poli(dodesil metakrilat-ko-2-dietilaminoetil metakrilat-poli(etilen glikol)) (P(DDMA-ko-DEAEMA-PEG600) kopolimer jelleri etanol içinde molce %1 azobisizobutironitril (AIBN) başlatıcısı ve molce %1 etilen glikol dimetakrilat (EGDMA) çapraz bağlayıcı kullanılarak serbest radikal çapraz bağlanma yöntemi ile 70 °C'da ve 24 saatte hazırlanmıştır. Çalışmada toplam başlangıç monomer konsantrasyonu 2 mol/L olarak sabit tutulmuştur. Dodesil metakrilat monomerinin homopolimer jelleri de (PDDMA ve PDDMA-PEG600) aynı şartlarda hazırlanmıştır. 
Hazırlanan homopolimer ve kopolimer jellerin farklı çözücülerdeki şişme davranışı jellerin çözünürlük parametrelerini hesaplama amacı ile incelenmiştir. Şişme denge değerlerinin (ESV) belirlenmesinde gravimetrik yöntem kullanılmıştır. Karakterizayon çalışmaları taramalı elektron mikroskopu (SEM), Fourier Transform Infrared Spektroskopi (FTIR), Termal Gravimetrik Analiz (TGA) ve X-Işını Kırınımı (XRD) teknikleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir.
Jellere ait çözünürlük parametresi değerleri belirlenmiş ve ağ yapı karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, şişme kinetiği çalışmaları da yapılmış ve difüzyon mekanizması türü bulunmuştur. Jellerin farklı çözücülerdeki (n-hekzan, n-oktan, limonen, siklohekzan, izobütil metil keton, propil asetat, toluen, benzen, dibenzil eter, aseton, dimetil ftalat, dietilen glikol, metanol, 1,2-propandiol, etanol ve deiyonize su) şişme davranışı incelendiğinde, en yüksek şişme denge değerleri toluen ve benzen çözücülerinde elde edilmiştir ve hesaplanan çözünürlük parametresi değerleri bu sonucu doğrulamıştır. PDDMA, PDDMA-PEG600, P(DDMA-ko-MAAm), P(DDMA-ko-MAAm-PEG600) P(DDMA-ko-DEAEMA) ve P(DDMA-ko-DEAEMA-PEG600) jellerinin çözünürlük parametre değerleri sırasıyla 8.30, 8.64, 8.37, 8.71, 7.98 ve 8.34 (cal/cm3)0.5 olarak hesaplanmıştır. Jel yapısında PEG600 bulunmasının jellerin polimer-çözücü etkileşim parametresi (χ),   gözenek hacmi (ζ) ve çapraz bağlar arasındaki deneysel ortalama molekül kütlesini (McD) etkilediği bulunmuştur. PEG600 içeren tüm jeller için bu değerler PEG600 içermeyen karşılıklarına göre daha yüksektir.   
PDDMA, PDDMA-PEG600, P(DDMA-ko-MAAm), P(DDMA-ko-MAAm-PEG600) P(DDMA-ko-DEAEMA) ve P(DDMA-ko-DEAEMA-PEG600) jellerinin benzen ve toluen çözücüleri içinde şişme kinetiği incelenmiş ve ikinci mertebe kinetik mekanizmanın geçerli olduğu görülmüştür. P(DDMA-ko-DEAEMA) jelinin şişme denge değerinin %60 öncesi ve sonrası için benzen ve toluen çözücülerindeki şişme kinetiği incelenmiştir. P(DDMA-ko-DEAEMA) jeli %60 öncesi için Fickian şişme davranışı göstermiştir ve %60 sonrası kinetik davranış ile de uyumlu olduğu bulunmuştur. Bu çalışma İstanbul Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon Birimi Tarafından Desteklenmiştir. Proje numarası:49467.

Abstract:
Gels can be classified according to the type of solvent used in the swelling medium of cross-linked polymer network. While the gels which is capable of absorbing high amounts of water are called hydrogels, organogel expression is used for the gels swollen in organic solvents. Gels have the property to absorb solvents such as benzene and toluene, which are especially important for environmental reasons.
Within the scope of this study, poly(dodecyl methacrylate-co-methacrylamide) (P(DDMA-co-MAAm), poly(dodecyl methacrylate-co-methacrylamide-poly(ethylene glycol) (P(DDMA-ko-MAAm-PEG600), poly(dodecyl methacrylate-co-2-diethylaminoethyl methacrylate) P(DDMA-co-DEAEMA) and poly(dodecyl methacrylate-co-2-diethylaminoethyl methacrylate- poly(ethylene glycol) (P(DDMA-co-DEAEMA-PEG600) copolymer gels were prepared in ethanol by free radical cross-linking polymerization method at 70 oC for 24 h by using 1 mol % of azobisisobutyronitrile (AIBN) as initiator and 1 mol % of ethylene glycol dimethacrylate (EGDMA) as crosslinker. Total initial monomer concentration was kept constant at 2 mol/L. Homopolymer gels of dodecyl methacrylate (PDDMA ve PDDMA-PEG600) were also prepared at the same conditions.
Swelling behaviors of the prepared homopolymer and copolymer gels were investigated in different solvents with the aim of calculating the solubility parameters of gels. The gravimetric method was used to determine the Equilibrium Swelling Values (ESV) of the gels. Characterization studies were performed using Scanning Electron Microscopy (SEM), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR), Thermal Gravimetric Analysis (TGA) and X-Ray Diffraction  (XRD) techniques.
Solubility parameter values of the gels were determined and characterization of the network structure was carried out. In addition, swelling kinetics studies were also made, and the type of diffusion mechanism was found.
When the swelling behavior of gels in different solvents (n-hexane, n-octane, limonene, cyclohexane, isobutyl methyl ketone, benzyl alcohol, propyl acetate, toluene, benzene, dibenzyl ether, acetone, dimethyl phthalate, diethylene glycol, methanol, 1,2-propanediol, ethanol, and deionized water ) was investigated, the highest value of ESV was obtained for benzene and toluene solvents and calculated solubility parameters confirmed this result. The solubility parameter values of PDDMA, PDDMA-PEG600, P(DDMA-co-MAAm), P(DDMA-co-MAAm-PEG600) P(DDMA-co-DEAEMA) ve P(DDMA-co-DEAEMA-PEG600) gels were calculated as 8.30, 8.64, 8.37, 8.71, 7.98 ve 8.34 (cal/cm3)0.5, respectively. It was found that presence of PEG600 in the gel structure affected the polymer−solvent interaction parameters (χ), mesh size (ζ), and experimental average molecular mass between the cross-links (McD) of gels. These values for the gels containing PEG600 is higher than that of the conterpart gels without PEG600. 
Swelling kinetics of PDDMA, PDDMA-PEG600, P(DDMA-co-MAAm), P(DDMA-co-MAAm-PEG600) P(DDMA-co-DEAEMA) ve P(DDMA-co-DEAEMA-PEG600) gels were investigated in benzene and toluene and it was seen that second order kinetic mechanism is valid. The swelling kinetics of P(DDMA-ko-DEAEMA) gel was investigated in benzene and toluene solvents for before and after 60% of the equilibrium swelling value.  P(DDMA-ko-DEAEMA) gel showed Fickian swelling behavior before 60% of ESV, and also it was found to be consistent with the kinetic behavior after 60%. This work was supported by Scientific Research Project Coordination Unit of Istanbul University. Project number: 49467.