N,N'-metilen bisakrilamit varlığında akrilamit-2-hidroksietil metakrilat ve akrilamit-n-izopropilakrilamit hidrojellerin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of hydrogels of acrylamide-2-hydroxyethyl methacrylate and acrylamide-n-isopropylacrylamide in the presence of N,N'-methylene bisacrylamide
Yazar: MAKSAT ISLAMKULOV
Danışman: PROF. DR. CEMAL ÖZEROĞLU
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Fiziksel Kimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Serbest radikaller ile başlatılan polimerizasyonda termal başlatıcılar, fotobaşlatıcılar ve redoks başlatıcılar polimer ve kopolimer sentezinde kullanılmaktadır. Redoks başlatıcı sistemler kullanarak düşük sıcaklıklarda vinil monomerlerin polimerizasyonu ya da kopolimerizasyonu mümkündür. Bu polimerizasyon yöntemi endüstriyel uygulamalarda kullanım alanları bulmaktadır ve üretim sırasında enerji tasarrufunda avantajlar sağlamaktadır.  .
Yapılarında –COOH, -NH2, -SO3H, -SH gibi fonksiyonel içeren ve hidrojeller olarak adlandırılan çapraz bağlı polimer ya da kopolimerler değişik çevre ortamlarında şişme ve büzülme özellikleri gösterirler. Bu hidrojeller moleküler yapılarına ve sıcaklık, pH, elektrik alan, çözücü bileşimi ve tuz konsantrasyonu gibi çevre değişimlerine göre şişebilir ya da büzülebilir ve kontrollü ilaç salımı, çocuk bezleri ve sulu ya da atık çözeltilerden toksik metal iyonları ya da boyar maddelerin adsorpsiyonu gibi endüstriyel uygulamalar ve bilimsel araştırmalarda kullanım alanları bulmaktadır.
Bu çalışmada, merkaptosüksinik asit (MSA)-seryum sülfat (Ce(IV)) redoks başlatıcı sistemi kullanarak akrilamit (AAm)-N,N'-metilen bisakrilamit (MBAAm), akrilamit (AAm)-N-izopropilakrilamit (NIPA)-N,N'-metilen bisakrilamit (MBAAm), akrilamit (AAm)-2-hidroksietil metakrilat (HEMA)-N,N'-metilen bisakrilamit (MBAAm) ve akrilamit (AAm)-N-izopropilakrilamit (NIPA)-2-hidroksietil metakrilat (HEMA)-N,N'-metilen bisakrilamit (MBAAm) hidrojelleri etilendiamin tetraesetik asit tetrasodyum tuzu (EDTANa4) varlığında sentezlendi. Farklı çapraz bağlayıcı konsantrasyonlarında(nT/nMBAAm=25, 50, 100, 250, 500 ve 1000)  sentezlenen AAm-MBAAm, AAm-NIPA-MBAAm, AAm-HEMA-MBAAm ve AAm-NIPA-HEMA-MBAAm hidrojellerin kütleleri farklı sıcaklıklarda (T=24, 30, 40 ve 50°C) saf sudaki ve oda sıcaklığında T=24 °C tuz çözeltilerindeki (CNaCl= 0,05 ve 0,10 mol/L) izlenerek bu jellerin şişme oranları zamana bağlı olarak ölçüldü ve denge şişme oranları saptandı. Oda sıcaklığında saf sudaki zamana bağlı olarak elde edilen şişme değerleri kullanılarak şişme hız parametreleri (k ve n değerleri) hesaplandı. EDTANa4 varlığında Ce(IV)-MSA redoks başlatıcı sistemi kullanılarak sentezlenen AAm-MBAAm, AAm-NIPA-MBAAm ve AAm-HEMA-MBAA hidrojellerinin yapısal ve termal özellikleri termal gravimetrik analiz (TGA) ve Fourier Transform Infrared spektroskopisi (FT-IR) ölçümleri ile analiz edildi.

Abstract:
In polymerization initiated with free radicals, thermal initiators, photoinitiators and redox initiators have been used in the synthesis of polymers and copolymers. By using redox initiator systems, polymerization and copolymerization of vinyl monomers at low temperatures are possible. This polymerization method finds areas of use in industrial applications and provides advantages in saving energy during production.
Crosslinked polymers or copolymers containing hydrophilic functional groups such –COOH, -NH2, -SO3H, -SH in their structures and called as hydrogels exhibit swelling and shrinking properties in various environmental mediums. These hydrogels can swell or shrink according to their molecular structures and environmental changes such as temperature, pH, electrical field, solvent composition and salt concentration and find usage areas in industrial applications and scientific investigations such as controlled drug release, diapers, adsorption of toxic metal ions or dyestuffs from aqueous or waste solutions. 
In this study, by using the redox initiator system of mercaptosuccinic acid (MSA)-cerium sulfate (Ce(IV)), acrylamide (AAm)-N,N'-methylene bisacrylamide (MBAAm), acrylamide (AAm)-N-isopropylacrylamide (NIPA)-N,N'-methylene bisacrylamide (MBAAm), acrylamide (AAm)-2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA)-N,N'-methylene bisacrylamide (MBAAm) and acrylamide (AAm)-N-isopropylacrylamide (NIPA)-2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA)-N,N'-methylene bisacrylamide (MBAAm) hydrogels were synthesized. By monitoring the weights of AAm-MBAAm, AAm-NIPA-MBAAm, AAm-HEMA-MBAAm ve AAm-NIPA-HEMA-MBAAm hydrogels synthesized at different crosslinker concentration (nT/nMBAAm=25, 50, 100, 250, 500 and 1000) in distilled water at different temperatures (T=24, 30, 40 and 50°C) and in salt solutions (CNaCl= 0,05 and 0,10 mol/L) at room temperature (T=24 °C), the swelling ratios were recorded as depending on time and their equilibrium swelling ratios were determined.  By using the obtained swelling values of hydrogels as depending on time in distilled water at room temperature, swelling rate parameters (k and n values) were calculated. Structural and thermal properties of AAm-MBAAm, AAm-NIPA-MBAAm ve AAm-HEMA-MBAA synthesized by using MSA-Ce(IV) redox initiator system in the presence of EDTANa4 were analyzed by the measurements of thermal gravimetric analysis (TGA) and Fourier Transform Infrared spectrometer (FT-IR).