Kauçuk esaslı hidrojellerin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of rubber based hydrogels
Yazar: AMİNE ERDAL
Danışman: PROF. DR. HAKAN AKAT
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizikokimya Ana Bilim Dalı / Fizikokimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Kimya = Chemistry ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, radikal polimerizasyon metodu ile Stiren-bütadien kauçuk (SBR), Nitril kauçuk (NR), metakrilik asit (MA), 2-hidroksietil metakrilat (HEMA) kullanılarak kauçuk esaslı hidrojeller sentezlendi. Hidrojel yapılarında etilen glikol dimetakrilat (EGDMA), 2,3-dimerkaptopropanol çapraz bağlayıcılar olarak kullanıldı. Bu amaç için, deneylerde Stiren-bütadien kauçuk (SBR), nitril kauçuk (NR), metakrilik asit (MA), 2-hidroksietil metakrilat (HEMA) ve çapraz bağlayıcıların oranları değiştirilerek farklı şişme özelliklerine sahip hidrojel matrisleri sentezlendi ve elde edilen hidrojellerin oda koşullarında dinamik şişme çalışmaları yapıldı. Hidrojel bileşimindeki çapraz bağlayıcı ve SBR miktarının şişme davranışı üzerindeki etkisi distile su ve Na2B4O7/HCl tampon çözeltisi kullanılarak asidik, bazik ve nötr ortamlarda şişme testleri yapıldı ve 25 0C'deki şişme yüzdeleri hesaplandı. Elde edilen sonuçlara göre, hidrojel bileşimindeki çapraz bağlayıcı oranının artmasıyla jelleşme yüzdesi artmakta, şişme kapasitesi ise azalmakta olduğu saptandı. SBR miktarının artmasıyla su tutma kapasitesi azalmaktadır. Ayrıca hidrojel filmler, 23 farklı elementin adsorpsiyon kapasiteleri açısından değerlendirildi. Adsorpsiyon deneylerinde kullanılan sorbent miktarları 10 mg ve 20 mg olarak belirlendi, pH seviyeleri ise 4, 6 ve 8 olarak ayarlandı. İndüktif olarak eşleşmiş plazma kütle spektrometrisi (ICP-MS)  ile elde edilen sonuçlar, hazırlanan hidrojellerin arsenik (As), kalay (Sn), kurşun (Pb), antimuan (Sb), krom (Cr) ve kadmiyum (Cd) gibi ağır metaller için yüksek seçicilik gösterdiğini ortaya koydu. Hidrojellerin zamana bağlı şişme davranışı incelendiğinde, bütün hidrojellerin şişme değerleri zamanla artar ve dengeye ulaşılır olduğu görüldü. Hidrojellerin termal özellikleri incelendiğinde, SBR miktarının artışının hidrojellerin termal kararlılığını etkilemediği, ancak çapraz bağlayıcı (EPDMA) miktarının artmasının hidrojellerin termal kararlılığını artırdığı gözlendi.

Abstract:
In the current study, rubber-based hydrogels were synthesized by radical polymerization method using styrene-butadiene rubber (SBR), nitrile rubber (NR), methacrylic acid (MA), 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA). Ethylene glycol Di methacrylate (EGDMA), and 2,3-dimercaptopropanol were used as crosslinkers in hydrogel structures. For this purpose, hydrogel matrices with different swelling properties were synthesized by changing the ratios of styrene-butadiene rubber (SBR), nitrile rubber (NR), methacrylic acid (MA), 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA) and crosslinkers in the experiments and dynamic swelling studies of the obtained hydrogels were performed at room conditions. The effect of the amount of crosslinker and SBR in the hydrogel composition on the swelling behavior was tested in acidic, basic, and neutral environments using distilled water and Na2B4O7/HCl buffer solution, and swelling percentages at 25 0C were calculated. According to the results obtained, it was found that the percentage of gelation increased with the increase in the crosslinker ratio in the hydrogel composition, while the swelling capacity decreased. In addition, hydrogel films were evaluated in terms of adsorption capacities of 23 different elements. The sorbent amounts used in the adsorption experiments were determined as 10 mg and 20 mg and the pH levels were adjusted as 4, 6 and 8. The results obtained by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) technology revealed that the prepared hydrogels showed high selectivity for heavy metals such as arsenic (As), tin (Sn), lead (Pb), antimony (Sb), chromium (Cr) and cadmium (Cd). The water retention capacity decreases with the increase in the amount of SBR. When the swelling behavior of the hydrogels against time was examined, it was observed that the swelling values of all hydrogels increased with time and reached equilibrium. When the thermal properties of the hydrogels were examined, it was observed that the increase in the amount of SBR did not affect the thermal stability of the hydrogels, but the increase in the amount of crosslinker (EPDMA) increased the thermal stability of the hydrogels.