Sıcaklığa ve pH`a duyarlı poli (N-t-butilakrilamid) kopolimerlerinin hazırlanması ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of temperature and pH sensitive poly (N-t-butylacrylamide) copolymers
Yazar: AYŞECİK KAÇMAZ
Danışman: DOÇ. DR. GÜLTEN GÜRDAĞ
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimyasal Teknolojiler Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2005
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bu çalışmada N-t-butilakrilamid (TBA) monomerinin, 2-akrilamido-2-metilpropan sülfonikasit (AMPS) ve N-hidroksimetilakrilamid monomerleri ile kopolimer ve terpolimerleri hazırlanmıştır. Polimerizasyon metanol ve su karışımında 1:1 (v/v) oranında, amonyum persülfat (APS) başlatıcısı, N, N, N', N'tetrametiletilendiamin (TEMED) hızlandırıcısı kullanılarak 50°C'de gerçekleştirilmiştir. N-N'- metilenbisakrilamid (NMBA) çapraz bağlama vasıtası olarak, toplam monomer konsantrasyonunun %1, %3, %5, %7, %10'u olacak şekilde kullanılmıştır ve toplam monomer konsantrasyonu İM' dır. Jellerin kimyasal yapısı, FTIR analizleri ve mikroskopik morfolojisi ise SEM görüntüleri ile belirlenmiştir. Elde edilen "kuru" ve "şişmiş" kopolimer ve terpolimerlerin şişme denge değerlerinin sıcaklık ile değişimi 10°C-50°C aralığında incelenmiştir. Jellerin şişme denge değerlerinin pH ile değişimi pH=L9, 3.1, 5.5, 7.1 ve 9.8'de, aynı iyonik şiddetteki (0.08M) tampon çözeltilerde incelenmiştir. TBA-AMPS kopolimerinin çeşitli sıcaklıklardaki destile su ve farklı pH'a sahip tampon çözeltiler içindeki şişme denge değerleri incelendiğinde kuru ve şişmiş polimerin hemen hemen aynı değere sahip olmasına karşılık, NHMAAm içeren polimerler durumunda ise kuru ve şişmiş polimerler için bu değerlerin birbirinden farklı olduğu belirlenmiştir. TBA-NHMAAm kopolimerlerinin incelenen sıcaklık ve pH aralığında sıcaklığa duyarlı, fakat pH'a duyarsız olduğu belirlenmiştir. AMPS içeren polimerlerin 10-50°C sıcaklık aralığında, yüksek miktardaki iyonik monomer içeriği nedeniyle belirgin bir su salımı göstermediği tespit edilmiştir. Kuru ve şişmiş TBA-AMPS ve şişmiş TBA-AMPS- NHMAAm polimerlerinin farklı pH'ya sahip tampon çözeltiler içindeki şişme denge değerlerinin pH=l. 9-3.1 aralığında artış gösterdiği, fakat pH'nın daha da artmasıyla hemen hemen sabit kaldığı gözlenmiştir. Elde edilen hidrojellerde hidrofilik monomer miktarının artışı hidrojelin su absorblama (şişme) kapasitesini arttırmakta ve sıcaklığa duyarlılığını azaltmaktadır. pH'a duyarlılık kopolimer ve terpolimerlerde farklılık göstermektedir. Hidrojellerin kinetik şişme ölçümlerinde ise yapıda iyonik komonomer miktarının artması ile absorblanan su miktarı ve absorblama hızının arttığı görülmüştür. Çapraz bağlayıcı miktarındaki artış polimerlerin şişme denge değerlerini azalmakta, fakat şişme hızını arttırmaktadır. Anahtar kelimeler; N-t-butilakrilamid, hidrojeller, şişme oranı, şişme kinetiği

Abstract:
In this study, a series of copolymeric and terpolymeric hydrogels were prepared from N-t-butylacrylamide, 2-acryIamido-2-methyIpropane sulfonic acid (AMPS) and N- hydroxymethyl acrylamide (NHMAAm). Polymerization was performed in a v/v:(l/l) mixture of methanol and water at 50°C using ammonium persulfate (APS) as initiator and N, N, N*, N-teteramethylethylenediamin (TEMED) as accelerator. N, N-methylene bis acrylamide (NMBA) amount used as crosslinker was varied as 1, 3, 5, 7 and 10 mol % with respect to the total monomer content and the inital total monomer concentration was fixed as 1 M. The chemical structures and microscopic morphologies of polymers were determined by Fourier Transform Infrared spectroscopy (FTIR) and Scannig Electron Microscopy (SEM). The variation of equilibrium swelling values (ESV) of dry and swollen polymers with temperature was investigated in distilled water at the temperature range between 1 0 and 50°C. The ESV of polymers in buffer solutions with various pH values (1.9, 3.1, 5.6, 7.1, 9.8) were determined at the constant ionic strength (I=0.08M). It was determined that while the ESV of dry and swollen TBA-AMPS copolymers in distilled water at various temperatures (10-50°C) and in buffer solutions with pH range of 1.9-9.8 were nearly the same, the ESV of dry and swollen NHMAAm-containing polymers were different from each other. It was also determined that TBA-NHMAAm copolymers were temperature-responsive, but non-responsive to pH at the temperature and pH-range studied in this work. The polymers containing AMPS did not display an apparent amount of water release due to their high amount of ionic comonomer content. The ESV of TBA-AMPS and TBA-AMPS-NHMAAm polymers in buffer solutions with various pH values increased with the increase in pH from 1.9 to 3.1. But, they remained almost constant with further increase in pH to 9.8. Water absorption capacity of hydrogels increases and their temperature-sensitivity decreases with the increase in hydophilic comonomer content. pH sensitivity behaviour of copolymers and terpolymers are different from each other. Swelling kinetics of gels showed that water absorption rate increaes in hydophilic comonomer content. It was also observed that an increase in crosslinker content decreased the equilibrium swelling values, but it increased the swelling rates of polymers. Keywords: N-t-butylacrylamide, hydrogels, sweling ratio, swelling kinetics xi