Hidrojellerde adsorplanan ve absorplanan suyun yapısının incelenmesi
Investigation of structure of adsorbed and absorbed water in hydrogels
Yazar: HANDE YÖNDEMLİ
Danışman: PROF. DR. MURAT ŞEN ; PROF. DR. OLGUN GÜVEN
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Kimya = Chemistry ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Hidrojeller günümüzde başta biyomedikal alan olmak üzere birçok alanda kullanılmaktadır. Hidrojel yapısında donmayan bağlı su, donabilen bağlı su ve serbest su olmak üzere üç tür su molekülünün bulunduğu bilinmektedir. Hidrojellerin kullanım alanlarını ve performanslarını belirleyen en önemli parametrelerden biri yapıdaki suyun türü ve miktarıdır.Diğer taraftan hidrojelin kimyasal yapısı absorplanan suyun türü ve miktarını belirleyen önemli bir etkendir. Bu çalışmada poliakrilamit (PAAm) ve türevleri olan polimetakrilamit (PMAAm) ve poli(N-hidroksimetil metakrilamit) (P(N-HMMAAm)) jellerindeki suyun davranışı incelenmiş, amit grubunun kimyasal çevresinin absorplanan suyun türü ve miktarı üzerindeki etkisi araştırılmıştır.Amit grubu taşıyan her üç hidrojel sistemi incelendiğinde tekrarlanan grup başına hidratasyon sayısı PAAm için 2, PMAAm ve P(N-HMMAAm) için sırasıyla 3.5 ve 4 olarak bulunmuştur. Bu durum hidrojen bağı yapmaya elverişli merkezlerin yanında yalnız elektron çiftlerinin sayısı ile de ilişkilidir. Çalışılan maddelerin hidrofilikliği benzer şekilde donmayan bağlı su oluşumunda önemli rol oynayan bir parametredir.Güç Telafili Diferansiyel Taramalı Kalorimetre (DSC) ve puls NMR spektrometresi kullanılarak yapılan çalışmaların sonucunda her bir jel sistemi için donabilen bağlı suyun oluşmaya başladığı kritik % şişme değeri hesaplanmıştır. DSC kullanılarak bu değerler PAAm jeli için %40, PMAAm jeli için %44 ve P(N-HMMAAm) jeli için % 40 olarak bulunmuştur. Deneyler puls NMR yöntemi kullanılarak yapıldığında ise sonuçlar sırasıyla %32, %46 ve %44 olarak elde edilmiştir.Son olarak suyun yapılara bağlanma mekanizması aydınlatılmaya çalışılmıştır. Kalorimetrik sonuçların detaylı değerlendirilmesi sonucunda her bir jel sistemi için artan % şişme değeri ile donmayan bağlı su, donabilen bağlı su ve serbest su değişimi açıklanmıştır.

Abstract:
Today hydrogels are used in various fields biomedical applications coming first. It has been known that there are three types of water molecules, i.e. nonfreezable-bound water, freezable-bound water and free water. One of the most important parameters that determine the application areas and performances of hydrogels is the type and amount of water in the structure.On the other hand, the chemical structure of hydrogel is an important parameter that determines the type and amount of water absorbed. In this study the behaviour of water in polyacrylamide (PAAm) and its derivatives polymethacrylamide (PMAAM) and poly(N-hydroxymethyl methacrylamide) (P(N-HMMAAm)) gels were investigated and the effect of the environment of amide group on the type and amount of absorbed water were analyzed.When three of the hydrogel systems carrying amide group were investigated hydration number for per repeating unit for the PAAm gel was found 2 whereas for the PMAAm and P(N-HMMAAm) gels 3.5 and 4, respectively. This result is related not only to the number of sites available for hydrogen bonding but at the same time to the number of lone electron pairs. Similarly, hydrophilicity of the materials under study is another important parameter that plays role in the formation of freezable bound water.By using Power Compensation Differential Scanning Calorimeter (DSC) and pulsed NMR, the critical swelling value where the freezable-bound formation starts was calculated for each hydrogel system. The results from DSC were found as 40% for the PAAm gels, 44% for the PMAAm gels and 40% for the P(N-HMMAAm) gels. When the experiments were carried out by using pulsed NMR tecnique the results were 32%, 46% and 44%, respectively.Lastly the bonding mechanism of water to the structures was tried to be clarified. At the end of the detailed analysis of the calorimetric results the change of nonfreezable-bound, freezable-bound and free water with increasing swelling percentages was explained.