Synthesis and swelling-release behavior of superabsorbent nanocomposites
Süper absorban nanokompozit hidrojellerin sentezi ve şişme-salınım performanlarının incelenmesi
- Tez No: 711203
- Danışmanlar: PROF. DR. YUSUF ZİYA MENCELOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Süper emici polimerler, denge şişme oranları, çapraz bağ yoğunluğu, depolama modülü, Halloysit Nanotüpler, Superabsorbent polymers, equilibrium swelling ratios, crosslink density, storage modulus, Halloysite Nanotubes
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 72
Özet
Süper emici polimerler (SAP'ler), hijyen endüstrisinden inşaat ve tarıma kadar çeşitli uygulama alanlarında fonksiyonel polimerlerdir. SAP'ler genellikle düşük su tutma kapasitesi (hızlı salınım) ve zayıf mekanik özelliklerden muzdarip olduğundan, çok fonksiyonluluk ve yüksek su emme kapasitesi önemli avantajlarındandır. Bu dezavantajları gidermek için, viniltrimetoksisilan(VTMS) çapraz bağlayıcısı varlığında akrilamid, 2-akrilamido-2-metilpropan-1-sülfonik asit ve akrilik asidin serbest radikal polimerizasyonu yoluyla bir dizi yeni süper emici polimer – Halloysit nanotüpler (HNT) nanokompozitleri sentezlendi. FTIR ve TGA karakterizasyonları, SAP'nin polimerizasyonunu ve HNT'nin SAP polimer matrisine başarılı bir şekilde dahil edilmesini onaylar. Nanokompozit polimer matrisine farklı miktarlarda HNT nanodolgu ilavesinin etkisi şişme-serbest bırakma performans testleri, çapraz bağ yoğunluğu hesaplamaları ve reoloji ölçümü ile araştırılmıştır. Dengedeki şişme oranlarının çapraz bağlanma yoğunluğuyla ilişkili olduğu ve nanokompozitlerin çapraz bağlanma yoğunlukları ile maksimum şişme kapasitelerinin ayarlanabileceği, su tutma kapasitelerinin ise depolama modülleri tarafından yönetildiği bulunmuştur. Çapraz bağlama yoğunluğu en düşük olan % 5 HNT dahil edildiğinde , 537 g/g'lik bir maksimum şişme gözlemlenmiştir. Hazırlanan SAP nanokompozitleri arasında en yüksek depolama modülü, en uzun su tutma nanokompozitine denk gelen %1 nanofiller dahil edildiğinde gözlenmiştir. Yaklaşan maksimum depolama modülüne paralel olarak SAP'lerin su bırakma süresi %1 HNT ilavesiyle 27 güne kadar uzatılmıştır. Son olarak, HNT nanodolgu maddesinin SAP nanokompozit yapısına üç farklı dahil etme mekanizması önerilmiş ve reoloji ölçümleri ile doğrulanmıştır. Çapraz bağlayıcı zincir uzunluğu ve miktarının çapraz bağlama yoğunluğu üzerindeki etkisini ve çapraz bağlama yoğunluğu ile denge şişme kapasitesi arasındaki korelasyonu gözlemlemek için diğer SAP veri seti Poli(etilen glikol) diakrilat çapraz bağlayıcılarıyla sentezlenmiştir. Bu çalışma, gelişmiş su tutma kapasitelerine sahip SAP nanokompozitleri için hızlı bir sentez yöntemi sağlar ve SAP nanokompozitlerinin şişme-çapraz bağ yoğunluğu ile su tutma-mekanik özellikleri arasındaki ilişkiyi açıklamaktadır. Ayrıca PEGDA çapraz bağlayıcıları ile ayarlanabilir çapraz bağlanma yoğunluklarına sahip ikinci SAP seti hazırlanmış ve şişme-çapraz bağ yoğunluğu korelasyonu detaylı olarak anlatılmıştır.
Özet (Çeviri)
Superabsorbent polymers (SAPs) are functional polymers in various application fields from the hygiene industry to construction and agriculture. As versatility and high water absorption capacity are significant merits, SAPs usually suffer from low water retention capacity (fast release) and weak mechanical properties. To address these drawbacks, a set of new superabsorbent polymer – Halloysite nanotubes (HNT) nanocomposites were synthesized via free radical polymerization of acrylamide, 2-acrylamido-2-methylpropane-1-sulfonic acid and acrylic acid in the presence of vinyltrimethoxysilane (VTMS) as the crosslinker. FTIR and TGA characterizations confirm the polymerization of SAP and the successful incorporation of HNT into the SAP polymer matrix. The effect of different amounts of HNT nanofiller addition into nanocomposite polymer matrix was investigated with swelling-release performance tests, crosslink density calculations, and rheology measurement. It is found out that equilibrium swelling ratios are correlated, and therefore can be tuned via crosslinking densities of nanocomposites, while water retention capacities are governed by storage moduli. A maximum swelling of 537 g/g was observed 5% HNT was incorporated, in which the crosslinking density is the lowest. Among the SAP nanocomposites prepared, the highest storage modulus was observed when 1% of nanofiller was included, which coincides with the longest water retention nanocomposite. The water release duration of SAPs was prolonged up to 27 days with 1% HNT addition in parallel with the approached maximum storage modulus. Finally, three different incorporation mechanisms of HNT nanofiller into SAP nanocomposite structure were proposed and confirmed with rheology measurements. Moreover, another SAP data set were synthesized with other Poly(ethylene glycol) diacrylate crosslinking agents to observe the effect of crosslinker chain length and amount on crosslinking density and the correlation between crosslinking density and equilibrium swelling capacity. This study provides a rapid synthesis method for SAP nanocomposites with enhanced water retention capacities and explains the relationship between swelling-crosslink density and water retention-mechanical properties of SAP nanocomposites. In addition, the second SAP set with tunable crosslinking densities was prepared with PEGDA crosslinkers and was explained the swelling-crosslink density correlation in detail.
Benzer Tezler
- Üstün mekanik özelliklere sahip ipek fibroin iskeletlerinin yüksek fibroin konsantrasyonlarında üretimi
Production of silk fibroin scaffolds with remarkable mechanical properties at high fibroin concentrations
CANER AKINCI
- Ünye-bentonit/poliakrilamid (PAAM) hidrojel kompozitlerin sentezi ve karakterizasyonu
Preparation and characterization of polyacrylamide hydrogel nanocomposites with Unye-bentonite
ÖMER SUNGUR
- Manyetik alana duyarlı polimerlerin sentezi, karakterizasyonu ve ilaç salımında kullanımlarının incelenmesi
The synthesis and characterization of magnetic field responsive polymers and investigation of their uses in drug delivery
BURCU AYDOĞDU
Doktora
Türkçe
2023
Kimya Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLTEN GÜRDAĞ
- Doğal ve sentetik polimerlerin değişik kombinasyonları ile hazırlanan ilaç ve gen taşıyıcı sistemler: Sentez ve karakterizasyonları ile birlikte uygulama alanlarının belirlenmesi
Drug and gene delivery systems of synthetic and natural polymers: Synthesis, characterization and biomedical applications
CEYDA ŞİMŞEK
- N-vinilimidazol esaslı yarı iç içe geçmiş ağ yapılı hidrojel sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of n-vinylimidazole based semi-interpenetrating network hydrogels
ÖZGÜN DUYGU TÜRE