Synthesis and characterization of tough hydrogels: Salt induced micellar copolymerization of acrylamide and dococyl acrylate
Tok hidrojellerin sentezi ve karakterizasyonu: Tuz etkisi ile akrilamid ve dokosil akrilatin miseller kopolimerizasyonu
- Tez No: 295287
- Danışmanlar: PROF. DR. OĞUZ OKAY
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2011
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 81
Özet
Hidrojeller su içerisinde yüksek oradan şişebilen çapraz bağlı hidrofilik polimerlerdir. Hidrojeller gibi yumuşak malzemeler gıda, farmasotik, tarım, kimyasal proses ve elektroniği içeren sayısız uygulama alanlarına sahip olmaları nedeniyle daha fazla ilgi çekmektedir. Hidrojeller su içerisinde yüksek oranda şişebilen polimerler olmakla beraber oldukça kırılgan malzemeler olmaları uygulama alanlarını kısıtlamaktadır. Hidrojeller, ağ yapılarında etkin bir enerji dağılım mekanizmasına sahip olmadıklarından kırılmaya karşı fazla direnç gösterememektedirler. Moleküler seviyede enerji dağılım mekanizması ile jele uygulanan kırılma kuvvetini jel boyunca dağıtarak yüksek dayanıklı ve tok jeller elde edilebilir. Son zamanlarda, daha tok jeller elde etmek için yapılan çalışmaların sonucunda çift ağ yapılı jeller, topolojik jeller, nanokomposit hidrojeller ve kriyojeller gibi çeşitli jeller geliştirilmiştir.Bu çalışmada kapsamında poliakrilamid esaslı hidrojeller, sabit kimyasal çapraz bağlar yerine hidrofobik asosiyasyonların fiziksel çapraz bağlar gibi davranmasıyla sentezlenmiştir. Çalışmanın ana fikri, jel ağ yapısı içerisine hidrofobların hidrofobik asosiyasyonları ile oluşturulan tersinir, hareketli çapraz bağ bölgeleri oluşturarak jele uygulanan kırılma enerjisini homojen bir şekilde dağıtmaktı. Hidrofobik modifiye hidrojeller, akrilamid (AAm) ve dokosil akrilatın (C22) sodyum dodesil sulfat (SDS) çözeltisinde miseller kopolimerizasyonu ile sentezlenmiştir. Yapılan ön çalışmalar, SDS misel boyutlarının 22 karbon atomu alkil zinciri uzunluğuna sahip büyük hidrofobik komonomer olan C22'i çözündürebilecek kadar büyük olmadığını ve AAm ile miseller kopolymerizasyonunun gerçekleşmediğini gösterdi. SDS misellerinin içerisine ilave edilen NaCl gibi tuzların, misel boyutunu büyüttüğü ve miselleri boru tipi misellere dönüştürerek büyük hidrofobik monomerlerin çözünürlüğünü arttırdığı görülmüştür. Bu çalışmada reaksiyon çözeltilerine NaCl ilavesiyle C22'nin miseller içerisinde tamamen çözündüğü gözlemlenmiştir. Bunun sonucunda C22'nin AAm monomeri ile kopolimerizasyonu ve PAAm zincirine bloklar halinde takılmış C22'nin PAAm zincirine bloklar halinde takılması miseller kopolimeriazsyon tekniği ile gerçekleştirilmiştir. C22 bloklarının hidrofobik asosiyasyonları polimer zincirinde geçici çapraz bağ noktaları gibi davrandığı ve suda çözünmeyen fiziksel jeller olmakla beraber olağanüstü reolojik ve mekanik özellikler gösterdiği yapılan ölçümlerle görülmüştür.Sentezlenen hidrojellerin kullanılan tuz konsantrasyonuna bağlı olarak 0.5-10 kPa arasında elastik modül G' sergilediği gözlenmiştir. Winter-Chambon kriteri ile 0.6 M NaCl bulunan jelleşme başlangıç tuz konsantrasyonunun aynı zamanda çözünme testleri ile de uyumlu olduğu görülmüştür. Stress-relaksasyon ölçümleri 0.7 M NaCl kullanılarak sentezlenen jellerin % 12000 deformasyon oranına kadar sağlam bir şekilde kaldığını göstermiştir. Ctuz ? 0.6 M NaCl kullanılarak sentezlenen jellerin ise şişme testleri sırasında genişlemesine rağmen suda çözünmeyerek hidrofobik asosiyasyonların suda çözünmeyecek kadar kuvvetli olduğunu açıkça göstermiştir. Şişme testleri sonucunda hesaplanan jel kesir değerleri de 0.95 ± 0.01 bulunarak, kullanılan monomerlerin tuz konsantrasyonuna bağlı olmadan neredeyse tamamının hidrojel yapısına girdiğini göstermektedir.Hidrojellerin yüksek tokluk özelliklerini kanıtlayan en önemli sonuçlardan birisi de mekanik çekme testlerinden elde edilen verilerdir. Hidrofobik olarak modifiye edilmiş hidrojellerim gerilme kuvvetleri ve kopma anındaki çekme oranlarının sentez sırasında kullanılan tuz konsantrasyonu ile doğrudan ilişkili olduğu görülmektedir. 0.5 ile 1.4 M NaCl konsantrasyonları arasında tuz kullanılarak sentezlenmiş hidrojellerin gerilme kuvvetlerinin 1.2-27 kPa arasında bunun yanında kopma anındaki çekme oranlarının ise % 1700-850 oranlarında değiştiği gözlenmiştir. Böylece hidrofobik etkileşimlerle elde edilen hidrojellerin mükemmel mekanik özellikleri gözlenmiş olmakla beraber kimyasal çapraz bağlı hidrojellere göre daha avantajlı oldukları yapılan ölçümlerle görülmüştür.
Özet (Çeviri)
Hydrogels are crosslinked hydrophilic polymers swollen with a large amount of water. Such soft materials have attracted much attention due to their applications in numerous fields including food, pharmaceuticals, agriculture, chemical processing, and electronics. However, hydrogels that are highly swollen in water are normally very brittle, which limits their application areas. This feature of hydrogels originates from their very low resistance to crack propagation due to the lack of an efficient energy dissipation mechanism in the gel network. To obtain a hydrogel with a high degree of toughness, one has to increase the overall viscoelastic dissipation along the gel sample by introducing dissipative mechanisms at the molecular level. A number of techniques for toughening of gels have recently been proposed including the double network gels, topological gels, nanocomposite hydrogels, and cryogels.In this study, polyacrylamide hydrogels were prepared using hydrophobic associations acting as physical crosslinks instead of permanent crosslinks. The main idea was to create mobile crosslink zones inside the gel network so that the crack energy is dissipated by the reversible disengagements of the hydrophobes from the hydrophobic associations. Hydrophobically modified hydrogels were prepared via micellar copolymerization of acrylamide (AAm) and docosyl acrylate (C22) in an aqueous solution of sodium dodecyl sulfate (SDS). Our preliminary experiments showed that the hydrophobic comonomer C22 having an alkyl chain of 22 carbon atoms cannot be copolymerized with AAm in micellar solutions. This is due to the fact that the size of the spherical SDS micelles is not sufficiently large to provide solubilization of this large hydrophobe. Since the addition of salt, e.g., NaCl into SDS solutions causes micellar growth and leads to the formation of rod-like micelles having a much larger solubilization capacity, the copolymerization reactions were conducted in the presence of NaCl of various concentrations. Indeed, addition of NaCl provided solubilization of C22 in the reaction solution, its copolymerization with AAm monomer, and thus, incorporation of the hydrophobic comonomer in the form of blocks within the PAAm chains. It was found that the hydrophobic associations between C22 blocks in the polymer chains acting as temporary crosslinking points lead to the formation of water-insoluble physical gels with extraordinary rheological and mechanical properties.
Benzer Tezler
- Hydrophobic associations in gels: Hybrid organo-cryogels and hydrophobically modified hydrogels
Jellerde hidrofobik etkileşimler: Hibrid organo-kriyojeller ve hidrofobik modifiye hidrojeller
DENİZ CEYLAN TUNCABOYLU
- Taç eterli bir salisilaldimin schiff bazı sentezi ve Co II, Cu II, Ni II ve UO2 VI ile komplekslerinin incelenmesi
Synthesis and characterization of crown-ether substituted salicylaldimine schiff's base ligand and its complexes with cobalt (II), Copper (II), nickel (II), and uranyl (VI)
ŞEVKET CAN
- Hidrofobik etkileşimlerle oluşan tersinir hidrojellerin ayrışması ve karakterizasyonu
Dissociation and characterization of reversible hydrogels formed by hydrophobic interactions
MELAHAT ŞAHİN
- Kütle polimerizasyonu ile şekil hafızalı, kendini onarabilen hidrofobik modifiye poliakrilik asit hıdrojel sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of hydrophobically modified polyacrylic acid hydrogels with self-healing and shape-memory functions via bulk polymerization
DÜŞÜN DAMLA DEMİR
- İpek fibroin/polidimetilakrilamid esaslı yarı içiçe geçmiş (semi-IPN) hidrojellerin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of semi-interpenetrating polymer network hydrogel based on silk fibroin/poly(dimethylacrylamide)
TUĞBA ÇELİKER
