Çözünebilir yıldız kopolimerlerin ve türevlerinin sentezi, karakterizasyonu, çözelti davranışları ve bazı potansiyel uygulamaları
Synthesis, characterization, solution behaviors and potential application studies of soluble star copolymers and their derivatives
Yazar: CANSEL TUNCER
Danışman: PROF. DR. VURAL BÜTÜN
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Fizikokimya Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Dallanma ve molekül ağırlığının çok iyi kontrol edilebildiği yeni tip yıldız (star) kopolimerler grup transfer polimerizasyonu ile başarılı bir şekilde sentezlenmiştir. Bu star-dallı kopolimerler uygun monomer/dallandırıcı ajan kullanılarak sentezlenen makrojelleşmenin olmadığı çözünebilir nitelikte kopolimerlerdir. Tersiyer amin metakrilat bazlı bu dallanmış polimerler, 2-(N-dimetilamino)etil metakrilat (DMA), 2-(N-dietilamino)etil metakrilat (DEA), 2-(N-diizopropilamino)etil metakrilat ve 2-(N-morfolino)etil metakrilat ve etilen glikol dimetakrilat çapraz bağlayıcısını içermektedir. Tez kapsamında 8 adet star kopolimer, 4 adet dallı kopolimer ve 2 adet analog-lineer kopolimer sentezlenmiş ve karakterize edilmiştir. Tüm kopolimerlerin çözelti davranışları (miselleşme, yüzey aktivite) incelenerek, misel çapları ve ebat dağılımları, kritik misel konsantrasyonları (CMC) ve kritik miselleşme pH ve çözelti viskozite değerleri belirlenmiştir. Star kopolimerlerin lineer analoglarına göre CMC değerlerinin benzer olduğu, fakat daha küçük miseller verdiği gözlenmiştir. 
Star-dallanmış kopolimerlerin PDMA blokları seçimli olarak kuaternizasyon ve betainizasyon kimyası ile kuaternize edilmiştir. Türevsel kopolimerler stabilizör olarak, PDEA mikrojel sentezlerinde başarıyla kullanılmış ve monodispers ebat dağılımına sahip pH duyarlı mikrojeller elde edilmiştir. Sentezlenen bu mikrojellerin asidik pH değerlerinde şişmiş durumda, bazik pH değerlerinde büzülmüş durumda olduğu gözlenmiştir. Ayrıca yine türevlendirilmiş polimerler kullanılarak, polimer bünyesinde Au-nanopartikül dispersiyonları hazırlanmış ve bu yapıların katalitik aktiviteye sahip oldukları bulunmuştur. Bir diğer uygulama çalışmasında ise, star-dallı kopolimerler, üzerlerindeki boşlukları ve fonksiyonel grupları sayesinde metil oranj boya moleküllerini sulu fazdan organik faza çekmiş ve boya moleküllerini kapsülleyebilmiştir. Boya ve polimer molekülleri arasındaki ev sahibi-konuk ilişkisi, boya moleküllerini sulu fazdan çekmemize imkan sağlamıştır.
Polimerlerin yapıları jel geçirgenlik kromatografisi ve 1H NMR spektroskopisi ile çözelti davranışları ise dinamik ışık saçılım (DLS), 1H NMR spektroskopisi, viskometre, yoğunluk ve yüzey gerilim ölçer cihazları ile belirlenmiştir. Mikrojeller için TEM ve DLS çalışmaları, katalitik etkinlik çalışmaları UV-vis ile yapılmıştır.

Abstract:
Novel star copolymers with well controlled molecular weights and branching have been successfully synthesized via group transfer polymerization. These star-branched copolymers were soluble type copolymers which were synthesized without any macrogelation formation by choosing suitable monomer/branching agent ratios. These copolymers were based on tertiary amine methacrylates containing 2-(N-dimethylamino)ethyl methacrylate (DMA), 2-(N-diethylamino)ethyl methacrylate (DEA), 2-(N-diisopropylamino)ethyl methacrylate and 2-(N-morpholino)ethyl methacrylate and ethylene glycol dimethacrylate cross-linker. In this study, 8 star copolymers, 4 branched copolymers and 2 analog-linear copolymers were synthesized and characterized. Solution behaviours (micellization, surface activity) of all copolymers were investigated and their micelle diameter and micelle size distributions, critical micelle concentrations (CMC), critical micelle formation pH values, solution viscosities were determined. The related star/branched copolymers had similar CMC values but smaller micelle diameter values than that of their linear analogues. 
PDMA blocks of star-branched copolymers were selectively quaternized by using quaternization and betainization chemistry. Derivatized copolymers were successfully used as novel stabilizers in the synthesis of PDEA microgels. PDEA microgels had monodisperse size distributions and pH responsive nature. These microgels were in swollen state at acidic pH and shrinked at basic pH values. In a different application study, Au-nanoparticle dispersions were also prepared with these derivative polymers and these structures were found to have good catalytic activity. Finally, due to having cavities and functional groups, branched polymers pulled methyl orange dye molecules from aqueous phase to organic phase and encapsulated dye molecules. Host-guest relationship between copolymer and dye molecules allowed us to extract dye molecules from aqueous phase.  
Polymer structures were determined by using gel permeation chromatography and 1H NMR spectroscopy. Their solution behaviours were investigated with dynamic light scattering (DLS), 1H NMR, viscometer, densitometer, and surface tensiometer. TEM and DLS were used for microgels, UV-vis was used for catalytic activity studies.