Synthesis and characterization of polyvinylpyrrolidonebased hydrogen bonded side chain liquid crystallinepolymers
Polipirolidon bazlı hidrojen bağlı yan zincir sıvı kristalpolimerlerinin sentezi ve karakterizasyonu
- Tez No: 556574
- Danışmanlar: PROF. DR. YEŞİM GÜRSEL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Polimer Bilim ve Teknolojisi, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 69
Özet
Friedrich Reinitzer'in 1888 yılındaki raporları ile sıvı kristallerin keşfinin genel olarak başlamıştır. Reinitzer'in ilk çalışmaları klosterol temelli bir bileşik ile ilgiliydi. Yapının saflığından emin olabilmesi için erime noktasınının da bilinmesi gerekiyordu molekül ağırlığının hesaplanabilmesi dışında. Büyük bir sürprizle iki tane faz değişim noktasına rastlaması ile birlikte Reinitzer hayal kırıklığına uğradı. 145.5 °C de kolesteril benzoat kristtalleri eriyip dumanlı bir sıvı hal alıyor, 178.5 °C de de billur bir sıvı halini alıyordu. Bu yapıların aynı şekilde donerken de iki noktada değişim geçirdini saptadı. Tüm bu elindeki örneklerin durumlarını açıklayabilmek adına yardım almak için Alman kimyager Otto Lehnmann'a gönderdi. Tüm bu yaşanan olaylar, yapılan çalışmalar sonucunda sıvı kristallerin genel olarak katı ve sıvı fazlar arasında, belli başlı moleküllerin gösterdiği tamamen faklı bir faz olduğu belirlenmiştir. Katı gibi düzenli ve sert olmayan bu faz aynı zamanda sıvı gibi düzensiz ve dağınık özellik de göstermemektedir. Tüm bu özelliklerinden dolayı sıvı ve katıdan tamamen ayrı, farklı bir faz olarak tanımlanmıştır. Sıvı kristaller liyotropik ve termotropik olarak adlandırılıp iki sınıfa ayrılırlar. Düşük molekül ağırlıklı, diskotik (disk şekilli) ve kalamitik (çubuksu) ve yüksek molekül ağırlıklı (polimerik), ana zincir sıvı kristal polimerler ve yan zincir sıvı kristaller gibi alt grupları vardır sıvı kristallerin. Liyotropik sıvı kristaller genellikle amfifilik bir bileşiğin belli bir konsantrasyon, sıcaklık ve basınç koşullarında uygun bir çözücü içinde çözündürülmesiyle oluşabilen fazlardır. Moleküller tarafından misel yapıları oluşturulur. Miseller iki kısımdan oluşur hidrofobik ve hidrofilik kısımlardır bunlar. Miselin hidrofobik kısmı iç kısmıdır, suyu sevmeyen kısım olarak da adlandırılan bu yapılar suyla temas etmemek için miselin iç kısmına doğru yönlenerek iç kısmı oluşturan yapılardır. Hidrofilik kısım ise suyu seven molellküller olarak da adlandırabilirler ve miselin dış kısmını oluştururlar. Suyu seven moleküllerin dış tarafa yönlenmesi ile oluşur miselin hidrofilik kısmı. Kuyruk kısım diye adlandırılan hidrofobik kısmı oluşturan yapı genellikler 6 ila 20 arasında metilen grubundan oluşurken, baş olarak adlandırılan hidrofilik yapılar ise iyonik, non iyonik ve zwitter iyonik yapılar olabilirir. Termotropik sıvı kristaller ise bir tek sıcaklık ile faz oluşturabilen fazlara verilen isimdir. Kendi içlerinde yüksek molekül ağırlıklı ve düşük molekül ağırlıklı sıvı kristaller olarak iki başlığa ayrılırlar. Bu yüksek molekül ağırlıklı ve düşük molekül ağırlıklı sıvı kristallerde kendi içinde ayrılır, yüksek molekül ağırlıklı ana zincir bağlanmalı ve yan zincir bağlanmalı, düşük molekül ağırlıklı sıvı kristaller ise çubuk şeklinde olanlar ve disk şeklinde olanlar şeklinde alt başlıklara ayrılırlar. Ana zincirli sıvı kristal polimerler ve yan zincirli sıvı kristal polimerler mezojenik grubun konumuna göre adlandırılan sıvı kristal polimer çeşitleridir. Mezojenik grup xxii doğrudan ana zincire bağlı ise ana zincirli sıvı kristal polimerler, veya uç grup gibi yan zincire bağlı ise yan zincir sıvı kristal polimerler olarak adlandırılırlar. Aromatikliğin şartları gibi bir molekülün sıvı kristallik gösterebilmesinin de çeşitli şartları vardır. Bu şartlar molekülün düzlemsel olması, yapının üzerinde elektronların hareket edebilmek için kojugasyonun var olması gibi şartlardır. Yan Zincir Sıvı Kristal Polimerler, düşük molekül ağırlıklı sıvı kristallerin ve polimerlerin farklı özelliklerini bir araya getirerek, optik veri toplama, dorusal olmayan optik alanı, mikroelektrik cihaz uygulamaları için uygun özelliklerinden dolayı bu alanlarda yoğun araştırmaların konusu olmuşlardır. Rijid mezojelerin polimer ana zincirine bir ara yapı üzerinden kovalent bağ ile bağlanmasıyla elde edilir Yan Zincir Sıvı Kristal Polimerler genellikle. Disk şeklinde olan sıvı kristaller aromatik bir molekül ertafında 6 ila 8 uzun zincirin düz bir disk şeklini alması ile oluşur. Disk şekinde sıvı kristaller de kendi içlerinde nematik, smektik ve kolesterik olarak üçe ayrılır. Içlerinde en kararlı yapı smektik yapıdır, plakalar şeklinde yönlenmiştir. En kararsız ise nematik yapıdır, moleküller yanyana gelerek bu yapıyı oluşturmuşlardır. Kolesterik yapı ise birden fazla plaka şeklinde yapının üst üste gelmesiyle oluşur. Çubuk şeklinde olan sıvı kristaller ise kalıcı sert bir merkezi yapı ve onun etrafında 1 ila 2 esnek alkil yada alkoksi yapılarının bir araya gelmesiyle oluşur. Hidrojen bağları kovalent olmayan, molekülleri bir arada tutan kuvvetler olarak da adlandırılan bağlardır. Sıvı kristaller için oldukça önemli olan bu bağlar sıvı kristalik özelliğin ortaya çıkmasını sağladıkları için, günümüzde yapılan sıvı kristalik çalışmalarda fazlaca kulllanılan bağlardır. Yaptığımız bu çalışmada hijrojen bağlı termotropik yüksek molekül ağırlıklı yan zincir bağlanmalı sıvı kristal polimerler elde edilmiştir. Ilk olarak mezojenler sentezlenmiştir. İki farklı mezojen sentezlenek çalışmada her ikisi de kullanılmıştır. Sentezlenen mezojenler polivinilpirolidon ile etkileştirilmiştir sıvı kristal polimer elde edebilmek için. Daha sonra polivinilpirodion ile benzil metakrilat ile kopolimer elde edilmiştir. Elde edilen kopolimer de bir önceki adımda sentezlenen mezojenler ile etkileştirilerek sıvı kristal polimer elde edilmiştir. Elde edilen sıvı kristal polimerlerin karakterizasyonu FT-IR ile yapılmış, termal ve mezomorfik özellikleri POM ve DSC ile incelenmiştir. Bu tezde, 8-(4-siyanobifenil-4'-oksi) oktan-1-ol-(LC8) ve 8-(4-siyanobifenil-4'-oksi) oktan-1-ol-(LC11) gibi bifenil bazlı mezojenler, Poli(vinil pirolidon-co-benzil metakrilat, H-bağlı Polivinilpirolidon-LC8, H-bağlı Polivinilpirolidon-LC11, H-bağlı poli(vinil pirolidon-co-benzil metakrilat)-LC8 ve H-bağlı poli(vinil pirolidon-cobenzil metakrilat)-LC11 gibi H-bağlı Polimer-LC komplexleri sentezlenip karakterize edilmiştir. Hidrojen bağ donörleri aşağıdaki şekilde sentezlenmiştir. 8-(4- Siyanobifenil-4'oksi) oktan-1-ol (LC8) ve 11-(4-Siyanobifenil-4'-oksi) undekan-1-ol (LC11) hidrojen donörleri sentezlendi. Karakterizasyonu ise FT-IR spektroskopisi ile yapıldı. 4'-hidroksi-4-bifenilkabonitril den 3 g (15 mmol) ve 8-kloro-1-oktanol, 2 g (14.5 mmol) K2CO3 varlığında 200 mL DMSO içinde tepkimeye girmiştir. 3.4 mL ( 20 mmol) 8-kloro-1-oktanol 110 °C de karışıma damlatılmıştır azot gazı varlığında. Karışım bu şartlarda 3 saat boyunca karıştırılarak reaksiyon devam ettirilmiştir. Daha xxiii sonra karışım 400 mL, 10 % NaOH çözeltisine oda sıcaklığında dökülüp son olarak süzülmüştür. 40 °C derecede vakum altında kurutulan son ürün daha sonra etanolde kristallendirilip saflaştırıldıktan sonra beyaz kristaller elde edilmiştir vakum altında. 8-(4-Siyanobifenil-4'-oksi) oktan-1-ol (LC8) bileşiği yukarıda anlatıldığı gibi sentezlenmiştir. 11-(4-Siyanobifenil-4'-oksi) undekan-1-ol (LC11) bileşiğinin sentezide aynı şekilde yapılmıştır. Iki bileşik arasındaki tek fark yapılarında bulunan alkil zincirlerininin birinin diğerinden 3 karbon fazla içermesidir (LC8-LC11). 8-(4-Siyanobifenil-4'-oksi) oktan-1-ol (LC8) bileşiği ile 11-(4-Siyanobifenil-4'-oksi) undekan-1-ol (LC11) bileşiği FT-IR spektroskopisi ile incelenerek karakterizasyonları yapılmıştır. Gözlemlenen 1250-1050 cm-1 bölgesindeki eter pikleri, 2200 cm-1 bölgesindeki CN pikleri, 2900 cm-1 bölgesindeki H-C-H pikleri ve 3300-3400 cm-1 bölgesindeki –OH pikleri göstermektedir ki yapılar istenilen şekilde oluşturulmuştur. Poli (vinil pirolidon-co-benzil metakrilat) sentezi aşağıdaki şekildedir, 1.7 g 1-vinil-pirolidon ve 0.1 % sodyumhidroksit, 2.60 mL benzil metakrilat ve 0.06 g azobisizobutironitril in başlatıcı olarak kullanıldığı ortamda , 24 saat nitrojen gazı altında 80 °C derecede karıştırılmıştır. Bu işlemler sonrasında elde edilen kopolimer oda sıcaklığında süzülmüştür. Tüm bu adımlardan sonra son adım olarak elde edilen ürün vakum altında kurutulmuştur. Elde edilen Poly (vinil pirolidon-co-benzil metakrilat) ın karakterizasyonu FT-IR ve DSC ile yapılmıştır. Poly (vinil pirolidon-co-benzil metakrilat) ın yapısını FT-IR ve DSC analiz sonuçlarıda desteklemektedir. H-Bağlı polivinilpirolidon-LC8 ve H-Bağlı polivinilpirolidon-LC11 komplexleri için hidrojen bağlı sıvı kristal polimerlerin tüm faz geçişleri DSC ve POM ile incelendi. POM ile elde edilen sonuçların DSC ile uyumlu olduğu görülmüştür. H-Bağlı polivinilpirolidon-LC8 ve H-Bağlı polivinilpirolidon-LC11 komplexleri için yapılan FT-IR analiz sonuçlarında gözlemlenen pikler aynı zamanda yapının karakterizasyonu için kullanılmıştır. H-Bağlı poli ( vinil pirolidon-co-benzil metakrilat)-LC8 ve H-Bağlı poli (vinil pirolidon-co-benzil metakrilat)-LC11 komplexlerinin yapıları FT-IR ile karakterize edilmiştir. H-Bağlı poli (vinil pirolidon-co-benzil metakrilat)-LC8 ve H-Bağlı poli (vinil pirolidon-co-benzil metakrilat)-LC11 komplexleri için hidrojen bağlı sıvı kristal polimerlerin tüm faz geçişleri DSC ve POM ile incelendi. POM ile elde edilen sonuçların DSC ile uyumlu olduğu görüldü. H-Bağlı poli (vinil pirolidon-co-benzil metakrilat)-LC8 ve H-Bağlı poli (vinil pirolidon-co-benzil metakrilat)-LC11 komplexleri için sıvı kristal özellik gözlenemedi POM ile yapılan çalışmalarda. Kopolimer için farklı bir monomer seçilseydi daha fazla fenil grubu içeren belki sıvı krsital yapı gözlenebilirdi.
Özet (Çeviri)
Linking of polymer backbones and rigid mesogens with flexible spacers is one of the method to synthsize liquid crystaline polymers. Low-molar mass liquid crystals and polymers can connect each other via side chain liquid crystalline polymers (SCLCPs) because SCLCPs have willing electrical and optical properties. Since they have been popular topic to research recent years. Liquid cystals have wide useage area like digital displays, sensors, and LCD screens. In this thesis, using polyvinylpyrolidione, hydrogen bonded liquid crystal polymers, hydrogen bonded liquid crystal copolymers were synthesized and optoelectronic properties were characterized. FT-IR ( Fourier Transform Infra Red) spectroscopy, DSC (Differantial Scanning Calorimetry) and POM (Polarized Optic Microscope) methods were used for characterization. Synthesis of Hydrogen Bond Donors: 8-(4-cyanobiphenyl-4'-oxy) octan-1-ol-(LC8) and 11-(4-cyanobiphenil-4'-oxy) undecan-1-ol (LC11) were synthesized as hydrogen bond donor. LC11 and LC8 structures were characterized by FT-IR spectroscopy. Liquid crystalline properties and mesophases were examined by using diferantial scanning calorimetry (DSC) and polarized microscopy (POM). Synethsis of Poly (vinyl pyrolidione-co-benzyl metacryclate) : Poly (vinyl pyrrolidone-co-benzyl metacryclate) was synthesized and charazterized by FT-IR. Liquid crystalline properties and mesophases were examined by using diferantial scanning calorimetry (DSC) and polarized microscopy (POM). Results of analysis show that properties of copolymer are as expected. Synthesis of H-Bonded Polymer-LC complexes: H-Bonded polyvinylpyrrolidone-LC8, H-Bonded polyvinylpyrrolidone-LC11, HBonded poly (vinyl pyrrolidone-co-benzyl metacrylate)-LC8, H-Bonded poly (vinyl pyrrolidone-co-benzyl metacrylate)-LC11 complexes were synthesized. They were characterized FT-IR. According to FT-IR results, O-H streching absorption band in 3200 to 3500 cm-1 shows that hyrogen bonding donors and acceptors are positioned in the range. On the other hand, all phase transitions of H-Bonded polyvinylpyrrolidone-LC8, HBonded polyvinylpyrrolidone-LC11, H-Bonded poly (vinyl pyrrolidone-co-benzyl metacrylate)-LC8, H-Bonded poly (vinyl pyrrolidone-co-benzyl metacrylate)-LC11 observed via DSC and POM together. xx According to POM results, H-Bonded polyvinylpyrrolidone-LC8, H-Bonded polyvinylpyrrolidone-LC11 show liquid crystalline phase. On the contrary H-Bonded poly (vinyl pyrrolidone-co-benzyl metacrylate)-LC8, H-Bonded poly (vinyl pyrrolidone-co-benzyl metacrylate)-LC11 don't show liquid crystalline phase during heating and cooling cycles. If we use another monomer to synthesis copolymer which has more biphenyl group, it could show liquid crystalline phase.
Benzer Tezler
- Synthesis and characterization of alkaline earth and rare earth bonophosthate compounds
Toprak alkali ve nadir toprak alkali metal borfosfat bileşiklerinin sentezlenmesi ve karakterizasyonu
ABDÜLHADİ BAYKAL
Doktora
İngilizce
1999
KimyaOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MERAL KIZILYAYLI
- Synthesis and characterization of a cyclodextrin based artificial enzyme
Siklodekstrin tabanlı bir yapay enzimin sentezi ve karakterizasyonu
NAZİTA YOUSEFİEH
Yüksek Lisans
İngilizce
1999
BiyoteknolojiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiBiyokimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ENGİN UMUT AKKAYA
- Poli(ε-kaprolakton-b-sikloheksen oksit) kopolimer sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of poly(ε-caprolactone-b-cyclohexene oxide)
LEVENT DURUKAN
- İki çekirdek bağlayabilecek yeni bir tetratioeter-tetratiol ligandı ile iki ve dört çekirdekli bakır (II) komplekslerinin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of a binucleating tetrathioether-tetrathiol ligand and its di-and tetranuclear copper (II) complexes
HALİT ŞENGÜL
Yüksek Lisans
Türkçe
1999
KimyaKaradeniz Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SERDAR KARABÖCEK
- Dikarboksilik asit dop edilmiş polianilin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of dicarboxylic acids-doped polyaniline
EMİNE ERDEM