Metil vinil eter/ maleik asit kopolimerlerinin sıcaklık ve pH duyarlılığının incelenmesi ve yarı geçirgen zar olarak kullanılması
Investigation of temperature and pH sensitivity of methyl vinyl ether/ maleic acid copolymer and its use as a semi-permeable membrane
- Tez No: 123416
- Danışmanlar: DOÇ. DR. DİLEK ŞOLPAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Poli(vinil metil eter -alt- maleik asit) kopolimerinin karakterizasyonu, ortam - duyarlı membran, yarıgeçirgen membran hazırlanması ve karakterizasyonu, Characterization of polyvinyl methyl ether-alt-maleic acid) copolymer, environment-sensitive membrane, preparation and characterization of semipermeable membrşnes
- Yıl: 2002
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 115
Özet
METİL VİNİL ETER/MALEİK ASİT KOPOLİMERİNİN SICAKLIK VE pH DUYARLILIĞININ İNCELENMESİ VE YARI GEÇİRGEN ZAR OLARAK KULLANILMASI Hülya SAVAŞ Hacettepe Üniversitesi, Kimya Bölümü, Fizikokimya Anabilim Dalı ÖZET Bu çalışmanın amacı poli(vinil metil eter -alt- maleik asit), (PVMEMA), kopolimerinden gözenek yapısı, ortamın pH ve sıcaklığına göre kontrol edilebilen yarı - geçirgen membran elde etmektir. Çalışmanın ilk bölümünde, ortam duyarlı bir polimer olan PVMEMA kopolimerinin spektroskopik ve ısıl karakterizasyonu yapılmış ve viskozimetrik ölçümler ile çözelti özellikleri incelenmiştir. PVMEMA kopolimerinin ısısal kararlılığı TGA ve DSC tekniği kullanılarak belirlenmiştir. TGA'de görülen bozunma basamakların aydınlatılması için FTIR çalışması yapılmıştır. PVMEMA kopolimerinin çözelti özelliklerinin incelenmesi için farklı başlangıç derişimlerinde kopolimer çözeltileri hazırlanarak 25, 30, 35, 40 ve 45°C sıcaklıklarda viskozite çalışması yapılmıştır. Sıcaklık 35°C'a kadar artarken kopolimerdeki vinil metil eter (VME) bileşeninin aşağı kritik çözünme sıcaklığı (AKÇS) göstermesinden dolayı limit viskozite sayısının azaldığı, çözünebilen grup taşıyan maleik asitin yüksek dielektrik sabitli bir ortamda ve artan sıcaklıkla birincil iyonlaşmasının tamamlaması sonucunda limit viskozite sayısının 35 - 40°C arasında arttığı ve sıcaklık daha da arttığında ise polimer molekülleri arasındaki hidrojen bağlarının yüksek sıcaklıklarda kırılması nedeniyle [ ti ]'nın tekrar azaldığı gözlenmiştir. Bu bölümde ayrıca limit viskozite sayısına pH'ın etkisi de incelenmiştir. Bunun için pH'ı 2.0 - 4.0 aralığında değişen PVMEMA çözeltilerinin beş farklı sıcaklıkta viskozimetrik ölçümleri yapılmıştır. Çalışılan her sıcaklıkta pH arttıkça Maleik asit kesimlerinin birincil ayrışmalarından ötürü [ n]'nın arttığı, pH=3'de bir maksimumdan geçtikten sonra artan pH'la limit viskozite sayısının kısmen azaldığı görülmüştür. Çalışmanın ikinci bölümünde, bütan -1,3- diol kullanılarak PWMEMA kopolimerinden çapraz bağlı membranın hazırlanması ve karakterizasyonu araştırılmıştır. Çözeltiden döküm yöntemi ile hazırlanan membranın FTIR analizi yapılmış ve ısıl özellikleri incelenmiştir. Membranın yüzey morfolojisi optik mikroskop ve SEM görüntüleri alınarak incelenmiş ve sonuç olarak polimerik membranların yüzeylerinin gözenekli bir yapıya sahip olduğu, gözeneklerin gerek boyutları gerekse dağılımlarının oldukça homojen olduğu gözlenmiştir. Ayrıca eklenen bütan -1,3- diol miktarına bağlı olarak gözenek boyutlarının değişmiş olduğu görülmüştür. Membranın şişme davranışlarının incelenmesi için değişik oranlarda çapraz bağlayıcı içeren membranlar hazırlanmış ve membranların %şişme değerleri çapraz bağlayıcı miktarına karşı grafiğe geçirilmiştir. İncelenen bütün sıcaklıklar için, eklenen bütan -1,3- diol miktarının artması ile zincirler arası çapraz bağ yoğunluğunun arttığı, membrandaki gözeneklerin küçüldüğü ve sonuç olarak %şişme değerlerinin azaldığı gözlenmiştir. Çapraz bağlı membranların şişmesine pH'ın etkisini belirlemek için, sıcaklığın bir fonksiyonu olarak şişmenin pH'la değişimi araştırılmıştır. pH=6'a kadar artan pH'la membran yapısında bulunan karboksil gruplarının iyonlaşması da arttığından membranın %şişme değerlerinin arttığı, pH>6 değerlerinde ise %şişmenin artan pH'la hemen hemen sabit kaldığı gözlenmiştir. Bunun nedeni pH=6'nın üzerindeki pH değerlerinde maleik asitin asidik gruplarının ayrışmasının tamamlanmış olmasıdır. Çalışmanın üçüncü bölümünde, kısmen çapraz bağlı PVMEMA membranının gözenek boyutunun belirlenmesi amaçlanmıştır. Membranın gözenekliliğinin eklenen bütan -1,3- diol miktarının artmasıyla çapraz bağ yoğunluğu arttığından azaldığı görülmüştür. Membranın gözenekleri ne kadar büyükse membranınIll şişmesi o kadar fazla olmakta ve dolayısıyla %şişme arttıkça gözeneklilikte artma göstermektedir. İletkenlik ölçümü kullanılarak büyüklük ayırma yöntemi ile membranın gözenekliliğin belirlenmesi bu bölümde yapılan diğer bir çalışmadır. Çalışılan her çapraz bağlayıcı miktarı için elektrolit çözeltisine ilave edilen PEG, çözeltideki iyon hareketliliğini azalttığından PEG'un ortalama molekül ağırlığı arttıkça düşük iletkenlik değerleri elde edilmiştir. İletkenlik ölçümleri büyüklük ayırma yöntemi ile birlikte kullanılarak ortam duyarlı polimerin gözenek yapısı incelenmiş ve AKÇS yani 35°C civarında büzülmüş haldeki PVMEMA membranın ortalama gözenek çapının minimum iletkenlik değeri gösteren PEG yumak çapı civarında yani 4-6 nm olduğu görülmüştür. Bu bölümde yapılan son çalışma büyüklükçe ayırma kromatografisi ile membranın gözenekliliğinin belirlenmesi çalışmasıdır. Bu çalışma sonucunda kısmen çapraz bağlı PVMEMA membranının 35°C ve pH=2'de ortalama molekül ağırlığı 35.000 ve daha yüksek olan PEG moleküllerini geçirmediği gözlenmiştir. Bunun nedeni PVMEMA kopolimerinin 35°C civarında AKÇS göstermesi ve pH=2'de karboksil gruplarının en az iyonlaşması sonucunda en az şişmenin pH=2 çözeltisindeki membranda meydana gelmesidir. Bu tez kapsamında yapılan son çalışma ise membrandan metal iyonlarının geçirgenliğidir. Bu amaçla, hazırlanan membran sistemlerinden Fe2+ ve Cu2+ iyonlarının geçirgenlik sabiti (P) değerleri bulunmuş ve bu değerlerin sıcaklıkla, pH'la nasıl değiştiği incelenmiştir. Hem sıcaklık hem de pH çalışmalarında her iki metal iyonunun kısmen çapraz bağlı PVMEMA membranının gözeneklerinden kolayca geçebildiği gözlenmiştir.
Özet (Çeviri)
IV INVESTIGATION OF TEMPERATURE AND pH SENSITIVITY OF METHYL VINYL ETHER/MALEIC ACID COPOLYMERS AND ITS USE AS A SEMI - PERMEABLE MEMBRANE Hülya SAVAŞ Hacettepe University, Department of Chemistry, Physical Chemistry Division ABSTRACT The aim of this study is to produce semipermeable membrane whose pore structure can be control depending on the pH of the medium and temperature by using polyvinyl methyl ether-alt-maleic acid) (PVMEMA) copolymers. In the first part of the study, the spectroscopic and thermal characterization of PVMEMA which is medium-sensitive polymer were realized and their solution properties were investigated with viscosimetric measurements. Thermal stabilities of PVMEMA copolymers were determined by using TGA and DSC techniques. To identify the degradation steps in TGA thermograms, FTIR method was used. For investigating the solution properties of PVMEMA copolymers, viscosimetric studies were performed at 25, 30, 35, 40 and 45°C temperatures by preparing copolymer solutions at different initial concentrations. Up to 35°C it was determined that intrinsic viscosity number is decreased since vinyl methy eter (VME) component in copolymer has lower critical solution temperature (LCST). Intrinsic viscosity number was increased between 35-40°C in the result of the completed first ionization of maleic acid which carry soluble functional group with increasing temperature and in the high dielectric constant medium and at higher temperatures it is determined that [i\] was decreased again since the hydrogen bonds between polymer molecules broke down. In addition to these studies in this part, the effect of pH on intrinsic viscosity was investigated. The viscosimetric measurements of PVMEMA solutions were studied between pH 2.0 and 4.0 and at five different temperatures. It was observed that [r\] is increased by an increase in pH in the result of first dissociation of maleic acid parts at each workingtemperature and it has maximum value at pH 3.0 after then the intrinsic viscosity number is decreased by an increase in pH. In the second part of this study, the crosslinked membrane based on PVMEMA which contains butane-1,3-diol as crossliknking agent was prepared and characterized. The prepared membrane from solution by casting method was analysed by FTIR method and its thermal properties were investigated. The surface morphology of these membranes were investigated by Optical and Scanning Electron Microscopy. It was observed that the polymeric membranes are porous, both pore sizes and pore distribution are homogeneous. It was noticed that the pore sizes were changed depending on the amount of added butane-1,3- diol. To investigate the swelling behavior of these membranes, the membranes which had different amount of crosslinking agent were prepared and the %swelling values versus crosslinking agent content in the membranes were plotted. It was observed that the crosslink density between chains was increased at all investigating temperatures and the pore size in membrane become smaller by an increase in the amount of butane-1,3-diol. To examine the effect of pH on the swelling of the crosskinked membranes the changing of swelling with pH as a function of temperature was followed. At pH lower than 6, the percent swelling of membranes were increased due to the ionization of carboxyl groups in membrane by an increase in pH. Percent swelling was remained unchanged with an increasing pH due to completion dissociation of acidic group of maleic acid at pH higher than 6. In the third part of this study, the aim was to determine the pore size of partly crosslinked PVMEMA membrane. It was observed that increasing the crosslink density of the membranes by increasing amount of butane-1,3-diol caused a substantial decrease in the membrane porosity. The bigger membrane pore the more the percent swelling of membrane become and when the porosity of membranes increased the percent swelling of membrane was increased.VI The other part of research was to determine the membrane porosity by conductivity measurement and Size Exclusion Method. Since increasing the average molecular weight of PEG caused a decrease the ion mobility in solution the amount of added PEG into electrolyte solution for each amount of crossliking agent was decreased the conductivity values. The porous structure of polymer which was environment sensitive was investigated by conductivity measurements and Size Exclusion Method. It was recorded that the average membrane pore diameter of PVMEMA which was in shriking state near 35°C (near LCST) was approximately 4-6 nm which was equal to PEG coil diameter which showed minimum conductivity value. The performed final study was the determination of the membrane porosity by Size Exclusion Method. It was observed that the partly crosslinked PVMEMA membrane at 35°C and pH 2.0 was not permeable for PEG molecules where the molecular weight was 35000 or higher than it. PVMEMA copolymer had LCST at «35°C and at pH 2.0 the ionization of carboxyl groups in the membrane was the lowest and it was observed that the swelling was the lowest for the membrane in solution which is pH 2.0. A final work in this thesis was carried out for the permeability of the metal ions in these membranes. The permeability constant (P) of Fe2* and Cu2* ions were found by using prepared membranes it was recorded that how the permeability constant was changed with pH and temperature. It was found that partly crosslinked PVMEMA membrane was permeable for both cations, Fe2+ and Cu2+.
Benzer Tezler
- Maleik anhidritin ardışık kopolimerlerinin bor içeren türevlerinin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of boron containing derivatives of maleic anhydride alternating copolymers
GÜLCİHAN KURUCU
Yüksek Lisans
Türkçe
2009
Kimya MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZAKİR M. O. RZAYEV
- Synthesis, characterization and applications of fluorine containing maleimide polymers
Flor içeren maleimid polimerlerinin sentezi, karakterizasyonu ve uygulamaları
İPEK KAYALI
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TUBA ÇAKIR ÇANAK
- Synthesis of v-shaped graft copolymers via triple click reactions
Üçlü klik reaksiyonları ile v-şekilli aşı kopolimerleri sentezi
BENGÜ ÖZSOY
- Poli(metil vinil eter-ard-maleik anhidrit) ve poli(etilen-ard-maleik anhidrit) kopolimerlerinin çözelti dinamiği ve termodinamiği
Solution dynamics and thermodynamics of poly(methyl vinyl ether-alt-maleic anhyride) and poly(ethylene-alt-maleic anhyride)
ECEM TANSIK
- Metal içeren fonksiyonel biyopolimer sistemlerin geliştirilmesi
Development of functional biopolymer systems containing metal
MESUT KARAHAN
Doktora
Türkçe
2009
BiyokimyaYıldız Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ZEYNEP AKDESTE