Kitosan-metal oksit kompozit filmlerinin hazırlanması ve karakterizasyonu
The preparation and characterization of chitosan-metal oxide composite films
Yazar: HASAN FİLİZ
Danışman: PROF. DR. GÜLTEN GÜRDAĞ
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimyasal Teknolojiler Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Dielektrik sabiti = Dielectric constant ; Kitosan = Chitosan ; Metal oksitler = Metal oxides

Özet:
Bu çalışmada, başlıca iki tip kitosan (CS) filmi; farklı miktarda manyetik özellikte ve nanoboyutlu demir (II,III) oksit (manyetit : Fe3O4) içeren kitosan (CS2-M) filmleri ve glutaraldehid (GA) ile çapraz bağlanmış kitosan (CS-GA) filmleri hazırlanmıştır. Her iki tür filmin özellikleri, kitosan' ın % 2 (v/v)'lik asetik asit çözeltisindeki %1'lik veya %2'lik (w/v) çözeltisinin buharlaştırılması ile hazırlanan saf kitosan (CS/CS2) filmininki ile karşılaştırılmıştır.Çapraz bağlı kitosan (CS-GA) filmlerinin hazırlanmasında, % 2 (v/v)'lik asetik asitte çözünmüş % 1 (w/v)'lik CS çözeltilerinin üzerine, CS'daki ?NH2 gruplarının % 25, % 50, %75, %100 ve %200'ünü bağlayacak miktarda GA içeren GA çözeltisinin eşit hacimleri ilave edilmiştir. Reaksiyon karışımı, teflon petri kaplarına alınıp, oda sıcaklığında kurutularak CS-GA filmi hazırlanmıştır.Fe3O4 içeren CS2-M filmlerinin hazırlanmasında ise, % 2 (v/v)'lik asetik asitte çözünmüş CS çözeltilerinin üzerine, CS miktarının ağırlıkça %1, %2, %3, %4 ve %6'sı olacak şekilde katı Fe3O4 ilave edilip, ultrasonik banyoda karıştırılarak, homojen dağılması sağlanmıştır. Ardından karışım, teflon petri kaplarına dökülüp oda sıcaklığında kurutularak CS2-M filmleri hazırlanmıştır. CS/CS2, CS-GA ve CS2-M filmlerinin karakterizasyonu FTIR, XRD, DSC ve SEM-EDS analizleri ile gerçekleştirilmiştir.Filmlerin dielektrik sabiti (?') ve dielektrik kayıp (?'') değerleri Dielektrik Spektroskopisi (DS) ile oda sıcaklığında, 12 Hz - 100 kHz frekans ve 293-463 K'de 5Hz - 5kHz frekans aralığında belirlenmiştir. Dielektrik sabitinin artan frekansla azaldığı ve artan sıcaklıkla arttığı gözlenmiştir. GA ile çapraz bağlanmış CS-GA filmlerinde polarizasyonun azalması nedeniyle, frekansın ve GA miktarının artması ile dielektrik sabitinin azaldığı; buna karşılık sıcaklığın artması ile dielektrik sabitinin arttığı belirlenmiştir. CS2-M filmlerinde ise Fe3O4 miktarının ve sıcaklığın artmasıyla dielektrik sabitinin arttığı gözlenmiştir. CS2-M filmlerinde, Fe3O4 miktarındaki artış ile filmlerin elektrik modülü sanal kısmı (M'') değerlerinin maksimum olduğu frekansın daha yüksek değerlere kaydığı belirlenmiştir. Bu durum, iletkenlik artışının göstergesi olup, aynı zamanda relaksasyon süresinin azalışına işaret etmektedir. CS-GA filmlerinde ise GA miktarındaki artış ile birlikte filmlerin maksimum M'' değerlerine karşılık gelen frekansların düşük frekans değerlerine doğru kaydığı, yani relaksasyon süresinin arttığı ve iletkenliğin azaldığı görülmüştür. CS2-M filmlerinin 3 farklı frekansta tan?-sıcaklık ölçümleri gerçekleştirilmiş ve frekans artışı ile yapıdaki polarizasyondan dolayı relaksasyon piklerinin daha yüksek sıcaklıklara kaydığı görülmüştür.

Abstract:
In this study, mainly two types of chitosan (CS) films were prepared: nanosized iron (II, III) oxide (magnetite : Fe3O4) containing chitosan (CS2-M) films and glutaraldehyde (GA)-crosslinked (CS-GA) films. The properties of both chitosan films were compared with those of chitosan (CS/CS2) films which were prepared by the evaporation of 1 (w/v) % or 2 (w/v) % chitosan solution in 2 (v/v) % aqueous acetic acid.In the synthesis of crosslinked CS-GA films, constant volume of aqueous GA solution at five different GA concentrations were added into the 1 (w/v) % chitosan solution in 2 (v/v) % aqueous acetic acid. GA concentration in the solution was adjusted to crosslink the 25 %, 50%, 75%, 100% and 200% of ?NH2 groups in CS. The reaction mixtures were decanted to the Teflon petri dishes, and then they were held there at room temperature to obtain CS-GA films by the evaporation of solvent.In the synthesis of Fe3O4 containing chitosan (CS2-M) films, various amounts of Fe3O4 (1, 2, 3, 4, and 6 wt % of CS) was added in 2 (w/v) % chitosan solution in 2 (v/v) % aqueous acetic acid, and the mixture was ultrasonically stirred in order to homogeneously dispers Fe3O4. CS2-M films were obtained by drying the mixture in Teflon petri dishes at room temperature. The characterization of CS/CS2, CS-GA, and CS2-M films were performed by FTIR, XRD, DSC, and SEM analyses.Dielectric constant (??) and dielectric loss (???) of the films were determined by dielectric spectroscopy between 12Hz - 100KHz in room temperature and between 5 Hz ? 5 kHz at 293 - 463K temperature range. The increase of the temperature led to the increase in dielectric constant while increasing frequency caused to decrease in dielectric constant. It was observed that dielectric constant of CS-GA films decreased with frequency and crosslinker GA content due to the decrease in polarization in crosslinked films. It was also determined that dielectric constant of CS-GA films increased with temperature. In the CS2-M films, dielectric constant values increased with temperature and Fe3O4 content of the film. In CS2-M films, the increase in Fe3O4 content of the film shifted the frequency values corresponding to the maximum value of the imaginary part of the electric modulus (M'') to the higher frequencies. This finding is the indication for both the increase in conductivity and the decrease in relaxation time. For the CS-GA films, the increase in the GA amount, frequency values corresponding to the maximum values of M'' shifted to lower frequencies indicating the increase in relaxation time and the decrease in conductivity. Tan?-temperature measurements of CS2-M films carried out in 3 different frequency and with the increase of frequency, relaxation peaks were shifted to higher temperatures due to the polarization.