Mikrodalga ve konvansiyonel yöntemlerle sentezlenen farklı aralayıcı ve zincir uzunluklarına sahip gemini tipi yüzey aktif maddelerin tekstil uygulamaları
Textile applications of gemini type surfactants with various spacers and chain lengths synthesized in microwave and conventional reactors
- Tez No: 1003123
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ÖMÜR ARAS
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Bursa Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Gemini yüzey aktif maddeler, iki hidrofobik kuyruk, iki hidrofilik baş grup ile bunları birbirine bağlayan bir aralayıcı (spacer) yapısına sahip olmaları nedeniyle klasik (monomerik) yüzey aktif maddelere kıyasla daha düşük kritik misel konsantrasyonu (CMC) ve daha yüksek yüzey aktivitesi veren özel moleküllerdir. Bu çift başlı mimari, lif yüzeylerinde daha kararlı, düzenli ve sürekli film tabakaları oluşturmaya olanak sağladığı için yumuşaklık, ıslatma ve kırışıklık geri kazanma gibi pek çok tekstil terbiyesini doğrudan etkileyen önemli avantajlar sağlamaktadır. Ayrıca gemini yapılar, aralayıcı uzunluğu, hidrofobik zincir yapısı, halojen türü ve amin fonksiyonelliğinin değiştirilmesine olanak tanıyan modüler tasarım esnekliğine sahiptir. Bu tez çalışmasında, polietilen glikol (PEG) temelli gemini yüzey aktif maddelerin sentezi, karakterizasyonu ve tekstil uygulamalarındaki performansı incelenmiştir. Çalışmanın özgün yönlerinden biri, mikrodalga destekli yöntem (MW) ve konvansiyonel (geleneksel) ısıtma yöntemini ile sentezin aynı reaksiyon parametrelerin de karşılaştırılmasının sağladığı avantajları detaylı biçimde ortaya konmasıdır. Araştırma kapsamında PEG türevleri (PEG200, PEG300, PEG400) halojenli asetik asitlerle (kloroasetik asit, bromoasetik asit) farklı yöntemler kullanılarak esterleştirilmiş ve elde edilen yapılar daha sonra amin türevleriyle (N,N Dimetildesilamin, N,N Dimetildodesilamin, N,N Dimetilheksadesilamin) kuaternerleşme reaksiyonuna tabi tutularak farklı aralayıcı ve hidrofobik zincir uzunluklarına sahip katyonik gemini yüzey aktif maddeler sentezlenmiştir. Bu süreçte MW'nin seçici ısıtma kabiliyeti ve reaksiyon ortamında homojen enerji dağılımı sağlaması gibi önemli avantajları değerlendirilmiştir. Geleneksel yönteme kıyasla MW destekli süreçte reaksiyon sürelerinin kayda değer şekilde kısaldığı (~ %50) ve dönüşüm veriminin yükseldiği gözlenmiştir. Böylece MW'nin laboratuvar ölçeğinde önemli bir alternatif olabileceği ortaya koyulmuştur. Esterifikasyon reaksiyonlarının kinetiği ayrıntılı biçimde incelenmiş; hız sabitleri, aktivasyon enerjileri ve Arrhenius parametreleri hesaplanmıştır. Bulgular, MW'nin özellikle erken aşama kinetiğinde hızlandırıcı etki gösterdiğini ve aktivasyon enerjisini düşürerek reaksiyonun daha kısa sürede tamamlanmasına olanak sağladığını göstermiştir. PEG zincir uzunluğu arttıkça reaktivitede gözlenen azalma, MW altında kısmen dengelenmiş; daha yüksek viskozite ve sterik engel içeren ortamlarda bile enerji aktarımının etkinliği sayesinde yüksek dönüşüm değerleri elde edilmiştir. Bu durum, MW etkisinin sadece ısıl hızlandırma ile sınırlı olmadığını aynı zamanda moleküler düzeyde reaksiyon kinetiğine katkı sağladığını göstermiştir. Sentezlenen aralayıcı ve gemini yapılar, Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FTIR), proton nükleer manyetik rezonans (1H-NMR) spektroskopisi ve termogravimetrik analiz (TGA) teknikleriyle karakterize edilmiştir. Elde edilen FTIR ve 1H-NMR spektrumları yapısal doğrulamayı değerlendirmek için kullanılmış ve beklenen yapıların oluştuğunu doğrulamıştır. TGA sonuçları aralayıcıların tek basamaklı bir bozunma davranışı sergilediğini buna karşılık gemini yapıların sahip olduğu iki ana gruba (aralayıcı ve kuyruk) bağlı olarak iki basamaklı bir termal bozunma gösterdiğini ortaya koymuştur. Sentezlenen gemini yüzey aktif maddelerin konsantrasyona karşı iletkenlik değerleri ölçülerek CMC'leri belirlenmiştir. Artan aralayıcı uzunluğu ile CMC değeri doğru orantılı iken, artan kuyruk uzunluğu ile CMC değeri ters orantılı çıkmıştır. En düşük CMC değerleri en kısa aralayıcı en uzun kuyruk yapısına sahip gemini yapılarda (C18-PEG200(Cl/Br)-C18) elde edilmiştir. Geliştirilen gemini yüzey aktif maddelerin tekstil materyalleri üzerindeki performansları fular (pad-dry) ve çektirme (exhaust-dry) yöntemi kullanılarak değerlendirilmiştir. Yumuşatma performansını belirlemek için kırışıklık giderme açısı testi uygulanarak kırışıklık giderme açıları (CRA) bulunmuştur. Sonuçlar aralayıcı uzunluğunun artmasıyla CRA değerinin azaldığını, hidrofobik kuyruk uzunluğunun artması ile CRA değerinin arttığını göstermiştir. Ek olarak Br- iyonu içeren gemini yapıların Cl- iyonu içeren gemini yapılara göre daha iyi CRA verdiği görülmüştür. Gemini yüzey aktif madde uygulaması yapılan kumaşların spektrofotometrik okutmaları yapılarak beyazlık indeksi (WI), sararma indeksi (YI), renk farkı (ΔECMC) ve yansıtma gücü (%R) gibi optik parametreler incelenmiştir. Optik yanıt farklılıklarından dolayı sentezlenen gemini yapıların tek bir performans ölçütü üzerinden değerlendirilmesinin uygun olmadığı, kullanım amacına ve hedef performans kriterlerinine göre ayrı ayrı değerlendirilmesinin uygun olduğu sonucuna varılmıştır. Sonuç olarak bu tez, farklı yöntemler kullanılarak sentezlenebilecek ve tekstil terbiye proseslerinde kullanılabilecek yeni nesil yüzey aktif maddeler için güçlü bir bilimsel temel oluşturmuştur.
Özet (Çeviri)
Gemini surfactants are special molecules that possess two hydrophobic tails, two hydrophilic head groups, and a spacer connecting them; therefore, they provide lower critical micelle concentration (CMC) and higher surface activity compared to classical monomeric surfactants. This dual-headed architecture enables the formation of more stable, ordered, and continuous film layers on fiber surfaces, which offers significant advantages directly affecting many textile finishing processes such as softness, wetting, and wrinkle recovery. In addition, gemini structures have modular design flexibility that allows the modification of spacer length, hydrophobic chain structure, halogen type, and amine functionality. In this thesis study, the synthesis, characterization, and textile application performance of polyethylene glycol (PEG)-based gemini surfactants were investigated. One of the original aspects of the work is the detailed demonstration of the advantages provided by comparing microwave-assisted method (MW) and conventional heating method under the same reaction parameters. Within the scope of the research, PEG derivatives (PEG200, PEG300, PEG400) were esterified with halogenated acetic acids (chloroacetic acid, bromoacetic acid) using different methods, and the obtained spacers were subsequently subjected to quaternization reactions with amine derivatives (N,N-Dimethyldecylamine, N,N-Dimethyldodecylamine, N,N-Dimethylhexadecylamine) to synthesize cationic gemini surfactants with different hydrophobic chain lengths and symmetric structures. At this stage, important advantages of MW such as selective heating capability and providing homogeneous energy distribution in the reaction medium were evaluated. Compared to the conventional method, it was observed that reaction times were significantly shortened (~ 50%) and conversion efficiency increased in the MW-assisted process. Thus, it was demonstrated that MW can be an important alternative at laboratory scale. The kinetics of the esterification reactions were examined in detail; rate constants, activation energies, and Arrhenius parameters were calculated. The findings showed that MW exhibited an accelerating effect especially in the early-stage kinetics and allowed the reaction to be completed in a shorter time by reducing the activation energy. The decrease in reactivity observed with increasing PEG chain length was partially compensated under MW; high conversion values were obtained even in media containing higher viscosity and steric hindrance due to the effectiveness of energy transfer. This indicates that the effect of MW is not limited to thermal acceleration but also contributes to the reaction kinetics at the molecular level. The synthesized spacers and gemini structures were characterized using Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), proton nuclear magnetic resonance (1H-NMR), and thermogravimetric analysis (TGA). The obtained FTIR and 1H-NMR spectra were used to evaluate structural verification and confirmed the formation of the expected structures. TGA results revealed that while the spacers exhibited a single-step degradation behavior, the gemini structures showed a two-step thermal degradation depending on the two main groups (spacer and tail). The CMC values of the synthesized gemini surfactants were determined by measuring conductivity values versus concentration. While CMC increased with increasing spacer length, it decreased with increasing tail length. The lowest CMC values were obtained for gemini structures with the shortest spacer and the longest tail. The performance of the developed gemini surfactants on textile materials was evaluated by applying them via pad-dry (padding process) and exhaust-dry methods. To assess the softening performance, wrinkle recovery angle (CRA) tests were conducted to determine crease recovery angles. The results showed that CRA decreased with increasing spacer length and increased with increasing hydrophobic tail length. In addition, gemini structures containing Br- ions were found to provide better CRA than those containing Cl- ions. Spectrophotometric measurements were performed on fabrics treated with gemini surfactants, and optical parameters such as the whiteness index (WI), yellowness index (YI), color difference (ΔE_CMC), and percentage reflectance (%R) were evaluated. Due to the differences observed in the optical responses, it was concluded that the synthesized gemini structures cannot be appropriately assessed using a single performance criterion; instead, each structure should be evaluated individually in accordance with the intended application and the targeted performance requirements. As a result, this thesis provides a strong scientific foundation for next-generation surfactants that can be synthesized using different methods and employed in textile finishing processes.
Benzer Tezler
- PANC-1 insan pankreas kanseri hücre hattında biyolojik ve kimyasal olarak sentezlenen gümüş nanopartiküllerin HIF-1 sinyal yolağı üzerindeki etkilerinin araştırılması
Investigation of effects of silver nanoparticles synthesized biologically and chemically on HIF-1 signal pathway in PANC-1 human pancreatic cancer cell line
ŞEVVAL ÖZKAYA
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
GenetikNecmettin Erbakan ÜniversitesiMoleküler Biyokimya ve Genetik Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ EMİNE NEDİME KORUCU
- PEM yakıt hücrelerinde kullanılan anot katalizörünün sentezi, karakterizasyonu ve hücre performansına etkisinin incelenmesi
Investigation of the synthesis, characterization, and effect on cell performance of anode catalyst used in PEM fuel cells
SERKAN KARADENİZ
Doktora
Türkçe
2024
Kimya MühendisliğiEskişehir Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NEZİHE AYAS
- Synthesis and characterization of lithium triborate by different synthesis methods and their thermoluminescent properties
Farklı sentez yöntemleri ile lityum triborat sentezi ve karakterizasyonu ve ısısal ışıldama özellikleri
TOLGA DEPCİ
Doktora
İngilizce
2009
Maden Mühendisliği ve MadencilikOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMaden Mühendisliği Bölümü
PROF. DR. GÜLHAN ÖZBAYOĞLU
YRD. DOÇ. DR. AYŞE YILMAZ
- 1-aril-3-amino-1-propanon hidroklorür tipi mono mannich bazlarının konvansiyonel yöntem ve mikrodalga yöntemi ile sentezi ve sentezlenen bileşikler üzerinde stabilite çalışmaları
Synthesis of the mannich bases, which have chemical structure of 1-aryl-3-amino-1-propanon hydrochloride, by conventional method and microwave method and the stability studies of these synthesized compounds
EMRE TUTAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
Eczacılık ve FarmakolojiAtatürk ÜniversitesiFarmasötik Kimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALİSE İNCİ GÜL
- 1-aril-3-fenetilamino-1-propanon hidroklorür tipi mono mannich bazlarının konvensiyonel yöntem ve mikrodalga yöntemi ile sentezi ve sentezlenen bileşikler üzerinde stabilite çalışmaları
Synthesis of 1-Aril-3-Fenetilamino-1-propanon hydrochloride type mono Mannich Bases in conventional and microwave methods and stability studies on synthesized compounds
SELÇUK PEKCAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Eczacılık ve FarmakolojiAtatürk ÜniversitesiFarmasötik Kimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALİSE İNCİ GÜL