Factors affecting polyelectrolyte complex formation in aqueous solutions of sodium alginate/chitosan
Sodyum aljinat/kitosan sulu çözeltilerinde polielektrolit kompleks oluşumunu etkileyen faktörler
- Tez No: 182406
- Danışmanlar: PROF.DR. OLGUN GÜVEN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya, Polimer Bilim ve Teknolojisi, Chemistry, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2006
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 176
Özet
Kitosan ve sodium aljinat (NaAlg) arasındaki polielektrolit kompleks (PEC) oluşumreaksiyonlarını etkileyen faktörleri incelenmek amacıyla nötral ve asidik koşullarda,farklı konsantrasyonlarda hazırlanan NaAlg çözeltileri, farklı konsantrasyonlardakikitosan çözeltileri ile etkileştirilmiştir.Tezin ilk kısmında kullanılan polisakkaritlerin karakterizasyonları yapılmıştır.Spektroskopik karakterizasyon için FTIR, 1H ve 13C NMR yöntemleri kullanılmıştır.Molekül ağırlığı karakterizasyonu için SEC ve ışık saçılması yöntemlerikullanılmıştır. Yumak boyutları ışık saçılması ve viskozimetrik çalışmalar yapılarakbelirlenmiştir. Son olarak, karakterizasyonu tamamlamak amacıyla, polimerlerinyük yoğunlukları zıt yüklü yüzey aktif maddelerle iletkenlik titrasyonları yapılarakbelirlenmiştir.Tezin ikinci kısmında PEC oluşum reaksiyonları bulanıklılık, viskozimetrik veiletkenlik titrasyonlarının yanı sıra yüzey gerilimi ve floresans ölçümleri ilemakroskopik düzeyden mikroskopik düzeye incelenmiştir.Sistemin bulanıklılığı kompleksleşme sırasında artmış ve titrasyonun dönümnoktasında maksimum değere ulaştıktan sonra fazladan eklenen titrantın yarattığıseyreltme etkisi nedeniyle azalmıştır.Sistemin viskozite değerinin kompleksleşmeyle düştüğü ve kompleksleşme sonaerdiğinde bir plato bölgesine ulaştığı gözlenmiştir. PEC oluşumu polimerinhidrodinamik hacminde büyük bir düşüşe yol açmış ve sistemin viskozitedeğerinde düşüşe neden olmuştur.Kompleksleşmeyi mikroskopik düzeyde incelemek amacıyla iletkenlik titrasyonuyapılmıştır. Titrasyon eğrisinin eğiminde titrasyonun dönüm noktasından sonraortamdaki serbest iyonik türlerdeki ve bunların sayılarındaki artıştan dolayı bir artışgözlenmiştir.ivBu titrasyonların dönüm noktası değerlerine kadar harcanan pozitif yükün negativeyüke oranı hesaplandığında kitosanın HAc'de çözünen NaAlg ile reaksiyonusonucu elde edilen komplekslerin fazladan pozitif yük, kitosan ile deiyonize sudaçözünen NaAlg'nin reaksiyonu sonucu elde edilen komplekslerin fazladan negativeyük taşıdığı saptanmıştır.Floresans deneylerinde hiçbir floresans aktif probe kullanılmamıştır. 500-600nmbölgesinde kitosan ile NaAlg'nin etkileşimi sonucu yeni bir pik oluşumugözlenmiştir.Tezin son bölümünde elde edilen PEC'ler komplesleşmenin optimum koşullarınıbelirleyebilmek amacıyla FTIR, zeta potansiyeli ve partikül büyüklüğü ölçümleri ilekarakterize edilmiştir.Farklı sistemlerde elde edilen PEC'lerin FTIR spektrumlarının hidroksil ve karbonilbölgelerinin pik ayırmasıyla yapılan analizleri sonucunda PEC oluşumu içinseyreltik polimer çözeltileri kullanıldığında kompleksleşme miktarında artış olduğubelirlenmiştir. Maksimum verim 0.05g/dL polimer konsantrasyonuyla ve sudaçözünmüş NaAlg kullanılarak hazırlanan 1:1 kompozisyondaki PEC sistemindegözlenmiştir. Deiyonize suda çözünen NaAlg HAc'de çözünen ile kıyaslandığındadaha açılmış yumak halinde bulunmaktadır. Böylece kompleksleşme reaksiyonudaha kolay meydana gelmekte ve kompleksleşme verimi NaAlg sudaçözündüğünde artmaktadır. Ikincil etkileşimlerin miktarının konsantrasyona veNaAlg için kullanılan çözücüye bağımlı olduğu gözlenmiştir.NaAlg'nin guluronik asit/mannuronik asit (G/M) oranı, NaAlg ve PEC'lerin FTIRspektrumlarından hesaplanmıştır. 1530cm-1'de gözlenen ve amino gruplarının N-Hgerilme pikinde NaAlg ile etkileşim sonucu oluşan kaymadan kaynaklanan pikinşiddetindeki artışla G/M oranının azaldığı gözlenmiştir. Böylece kitosanın NaAlg iletercihen G birimleri üzerinden etkileştiği yorumu yapılmıştır.Zeta potansiyeli ölçümleri ortamda fazladan bulunan polimerin PEC yüzeyinekaplandığını ve kompleksin yükünü kontrol ettiğini ortaya koymuştur. NaAlgkitosana eklendiğinde ortamdaki NaAlg miktarı arttıkça PEC'in boyutlarının da artışgösterdiği gözlenmiştir. Buradan NaAlg'nin yüzeye birkaç katman şeklindekaplandığı yorumu yapılabilir.vTüm bu çalışmaların sonucunda kompleksleşme verimini arttırmak için dahaseyreltik polimer çözeltileri kullanılması ve NaAlg'nin suda çözünmesi gerektiği,ayrıca ortamda fazladan bileşen olmaması gerektiği saptanmıştır. Belli bir yüzeyyüküne sahip PEC'ler elde edilmek istendiğinde bu yüke sahip bileşenin ortamdafazladan bulunmasının gerekliliği saptanmıştır. Bileşenlerin ekleme sırasınınkompleksleşmenin bitiş noktasına etki etmemesine karşın oluşan PEC'inbüyüklüğünü etkilediği gözlenmiştir.Anahtar Kelimeler : Kitosan, sodyum aljinat, polielektrolit kompleks.Danışman: Prof. Dr. Olgun GÜVEN, Hacettepe Üniversitesi, Kimya Bölümü.vi
Özet (Çeviri)
In order to investigate the factors affecting the polyelectrolyte complex (PEC)formation between chitosan and sodium alginate (NaAlg), NaAlg solutionsprepared at different concentrations, under neutral and acidic conditions, wereallowed to react with chitosan at different concentrations.In the first part of the thesis, the polysaccharides used were characterized. FTIR,1 13H and C NMR were used for their spectroscopic characterization. For molecularweight characterization SEC and light scattering were used. Their coil dimensionswere determined by light scattering and viscosimetric studies. Finally, for theircomplete characterization, their charge densities were determined byconductometric titration against oppositely charged surfactant solutions.In the second part of the thesis, complexation reaction was investigated frommacroscopic to microscopic scale by turbidimetric, viscosimetric andconductometric titrations besides surface tension and fluorescencemeasurements.The turbidity of the system was increased during complexation and reached amaximum point at the end point of the titration and then decreased due to thedilution effect caused by the titrant added in excess.Viscosity of the system was observed to decrease and reach a plateau regionwhen the complexation was over. PEC formation caused a dramatic decrease inthe hydrodynamic volume of the polymer coil and thus a decrease in the viscosityof the system.In order to investigate the complexation in microscopic level, conductometrictitrations were performed. There observed an increase of the slope of the titrationcurve after the end point of the titration due to the increase in the number and typeof the ionic species present in the solution after the end point of titration.iWhen the ratio of positive to negative charge consumed until the end points ofthese titrations are calculated it was observed that the PECs obtained by thereaction of chitosan with NaAlg dissolved in acid carried excess negative chargewhile that obtained by the reaction with NaAlg dissolved in deionized water carriedexcess negative charge.In fluorescence experiments no fluorescent active probe was used. Formation of anew peak between 500-600nm region was observed which was caused by theinteraction of chitosan and NaAlg.In the last part of the thesis, PECs obtained was characterized by FTIR, zetapotential measurements and particle size measurements to find out the optimumconditions for PEC formation process.Deconvolution of hydroxyl and carbonyl regions of FTIR spectra of PECs obtainedin different systems showed that the complexation was enhanced for PECsobtained by the reaction of dilute polymer solutions. The maximum yield wasachieved for PEC with 1:1 composition, prepared by the reaction of chitosan andNaAlg dissolved in deionized water, both at 0.05g/dL concentration. NaAlgdissolved in deionized water exists in a more extended coil form when comparedto NaAlg dissolved in HAc at the same concentration. Thus the complexationreaction becomes easier and complexation yield is higher for NaAlg dissolved inwater. The extent of secondary type of interactions were observed to be affectedby concentration and solvent used for NaAlg.The guluronic acid (G)/mannuronic acid (M) ratio of NaAlg is calculated from theFTIR spectra of NaAlg and PECs. It was observed that this ratio was decreased asthe intensity of the peak at 1530cm-1, corresponding to the shift of amine N-H bandof chitosan due to the interaction with NaAlg, is increased. Thus it was concludedthat chitosan interacts more favorably with NaAlg through G-units.Zeta potential measurements showed that polymer present in excess adsorbs onthe surface of PEC controlling the charge of the complex. Size of the PECsincreased as the amount of NaAlg is increased when NaAlg is added on chitosan.It can be concluded that NaAlg adsorbs on the surface in a multilayer manner.iiAs a result of all these studies it was observed that in order to increase thecomplexation yield dilute polymer solutions should be used and NaAlg should bedissolved in water, also no excess component should be present in the reactionmedium. It was observed that, if a definite type of surface charge of PEC isdesired, the component carrying that type of charge should be in excess in thereaction medium. There observed no effect of addition order on the end point ofthe complexation however, it affects the size of the PEC formed.Keywords : Chitosan, sodium alginate, polyelectrolyte complex.Supervisor : Prof. Dr. Olgun GÜVEN, Hacettepe University, Department ofChemistry.iii
Benzer Tezler
- Poliakrilik asit ve akrilidon anyonik polimer-metal komplekslerinin spektrofotometrik ysntemle incelenmesi
Başlık çevirisi yok
ÖZLEM YAVUZ
- İçme sularında koagülasyon ile organik madde giderimi
Organics removal by coaqulation in drinking waters
İSMAİL AYDIN
Yüksek Lisans
Türkçe
1999
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. LÜTFİ AKÇA
- Baryum sülfat kristalizasyonuna polielektrolitlerin etkisi
The effect of polyelectrolytes on barium sulfate crystallization
ÖZGE ARAS
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
Kimya MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. EMEL AKYOL
- Sodyum perborat kristalizasyonuna polieletrolitlerin etkisi
The Effectof polyelectrolytes on sodium perborate crystallization
SİBEL TİTİZ-SARGUT
Doktora
Türkçe
1997
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. G. YILDIZ YÜKSEL
- Sodyum perbosat tetrahidrat kristalizasyonunun kristal yüzey şarjının kontrolü ile yönlendirilmesi
Başlık çevirisi yok
FADİME GÜRLEK