Tez özetleri Astronomi ve Uzay Bilimleri Anabilim Dalı

N-vinilkaprolaktam Esaslı Jellerin Sentezi ve Karakterizasyonu

Bu çalışma kapsamında, poli(N-vinilkaprolaktam-ko-2-dietilaminoetil metakrilat) [P(VK-ko-DEAEMA)] ve poli(N-vinilkaprolaktam-ko-itakonik asit) [P(VK-ko-IA)] kopolimer jelleri etanol içinde molce %0.5 azobisizobutironitril (AIBN) başlatıcısı varlığında serbest radikal çapraz bağlanma polimerizasyonu yöntemi ile 60 ^oC’da 24 saatte hazırlanmıştır. Ayrıca, N-vinilkaprolaktam ve 2-dietilaminoetil metakrilat monomerlerinin hopolimer jelleri de (PVK ve PDEAEMA) aynı yöntemle sentezlenmiş ve karşılaştırma amacı ile kullanılmıştır. PVK ve bazı P(VK-ko-IA) jelleri için sentez ortamı olarak etanol-su karışımı (80-20, V/V) da ayrıca kullanılmıştır. N-vinilkaprolaktam (VK) monomeri, N-vinilkaprolaktam-esaslı jellerle ilgili literatürde sınırlı sayıda çalışma olması ve poli(N-vinilkaprolaktam) (PVK) homopolimerinin alt kritik çözelti sıcaklığının (LCST) fizyolojik sıcaklık (32 ^oC) civarında olması nedeni ile tercih edilmiştir ve ilk defa P(VK-ko-DEAEMA) ve P(VK-ko-IA) jelleri bu çalışma ile sentezlenmiş ve karakterize edilmiştir.

PVK, PDEAEMA ve P(VK-ko-DEAMA) jelleri çapraz bağlayıcı tipinin jelleşme yüzdesi ve jellerin şişme davranışı üzerindeki etkisini incelemek amacı ile etilen glikol dimetakrilat (EGDMA) ve alilmetakrilat (AMA) çapraz bağlayıcıları kullanılarak sentezlenmiştir. P(VK-ko-IA) jelleri ise AMA varlığında hazırlanarak, sentez ortamında su varlığının jelleşme yüzdesi ve jellerin şişme davranışı üzerindeki etkisi incelenmiştir. Çalışmada toplam monomer konsantrasyonu 2M olarak sabit tutulmuştur. Hazırlanan homopolimer ve kopolimer jellerin farklı pH değerindeki tampon çözeltiler (2.2, 5.3, 7.4, 10.0 ve 12.40), farklı sıcaklıklarda destile su (8-50 ^oC) ve çözücü/çözücü karışımları içindeki şişme davranışları incelenmiştir. Denge şişme değerine ulaşan jellerin, şişme denge değerleri (Equilibrium Swelling Values, ESV) gravimetrik yöntemle belirlenmiştir. Sentezlenen jellerin yapısal karakterizasyonu Fourier Transform Infrared Spektroskopisi (FT-IR) yöntemi, morfolojisi taramalı elektron mikroskopisi (SEM), termal karakterizasyonu ise Termal Gravimetrik Analiz (TGA) yöntemleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Bunlara ek olarak, jellerin alt kritik çözelti sıcaklığını belirlemede gravimetrik yöntemin yanında Diferansiyel Taramalı Kalorimetre (DSC) yöntemi kullanılmıştır.

EGDMA ve AMA varlığında hazırlanan homopolimer jeller (PVK, PDEAEMA) ve kopolimer jeller [P(VK-ko-DEAEMA)] içinde en düşük jelleşme yüzdesi değerine ve en yüksek şişme denge değerine (ESV) PVK jelinin sahip olduğu görülmüştür. AMA çapraz bağlama vasıtasının EGDMA’a kıyasla jellerin jelleşme yüzdesini arttırdığı, ESV’yi azalttığı belirlenmiştir. Bunlara ek olarak, jel bileşiminde DEAEMA oranının artması ile jellerin ESV’si azalmıştır. EGDMA ve AMA varlığında hazırlanan tüm jellerin farklı sıcaklıklarda destile su içindeki şişme denge değerleri sıcaklığın azalması ile artmıştır. EGDMA ile hazırlanan jellerin şişme denge değerleri sıcaklığa bağlı olarak 30 ^oC’ya kadar azalmış, bu sıcaklıktan sonra az da olsa tekrar artış gözlenmiştir. AMA ile hazırlanan jellerin şişme denge değerleri ise sıcaklığa bağlı olarak sürekli azalmıştır.

EGDMA ile hazırlanan ve molce % 5, 10, 15 DEAEMA içeren jeller için pH 7.4’de en yüksek şişme denge değerinin elde edildiği bir maksimum nokta gözlemlenmiştir. En düşük şişme denge değerleri ise en asidik ve en bazik ortamda meydan gelmiştir. AMA ile hazırlanan aynı jeller de pH 7.4’de aynı davranışı göstermiş, fakat EGDMA ile hazırlanan jellere göre daha düşük şişme denge değerleri elde edilmiştir. Bu sonuç SEM görüntüleri ile de doğrulanmıştır.

Hem EGDMA hem de AMA ile hazırlanan jellerin farklı çözücülerdeki (su, etanol, metanol, isopropil alkol, klorofom, toluen, aseton) şişme davranışı incelendiğinde, en yüksek şişme denge değeri kloroform için elde edilmiş ve hesaplanan çözünürlük parametresi değerleri ile bu sonuç doğrulanmıştır. Molce en yüksek oranda (%95) VK içeren jel örneklerinin şişme denge değerlerinin en yüksek olduğu pH 7.4 tamponu içindeki şişme kinetiği incelendiğinde; EGDMA ile hazırlanan jelin Non-Fickian, AMA ile hazırlanan jelin Fickian şişme davranışı gösterdiği belirlenmiştir.

PVK ve P(VK-ko-IA) jelleri AMA varlığında etanol ve etanol-su (80/20, V/V) karışımında hazırlanmıştır. Etanolde hazırlanan jeller içinde en düşük jelleşme yüzdesi değeri molce en yüksek oranda (% 10) IA, en yüksek şişme denge değeri (ESV) PVK jeli için elde edilmiştir. Polimerizasyon ortamında su kullanılması durumunda,en yüksek jelleşme yüzdesine ve en yüksek şişme denge değerine sırasıyla PVK jeli ve molce %5 IA içeren jel için ulaşılmıştır.

Jellerin farklı sıcaklıklarda destile su içindeki şişme denge değerleri sıcaklığın azalması ile artmış ve 30-35 ^oC’de LCST elde edilmiştir. Farklı pH değerine sahip tampon çözeltiler içinde en düşük şişme denge değerleri beklendiği gibi en asidik ortamda elde edilmiş ve pH 10’da en yüksek şişme denge değerine ulaşılmıştır. Hazırlanan jellerin farklı çözücülerdeki (su, etanol, metanol, izo-propil alkol, klorofom, toluen, aseton) şişme davranışı incelendiğinde, en yüksek şişme denge değeri kloroform için elde edilmiş ve hesaplanan çözünürlük parametresi değerleri ile bu sonuç doğrulanmıştır. Molce %5 ve 510 IA içeren P(VK-ko-IA) jel örneklerinin şişme denge değerlerinin en yüksek olduğu pH 10.0 tamponu içindeki şişme kinetiği incelendiğinde; molce %5 IA içeren jelin Non-Fickian, molce %10 IA içeren jelin yaklaşık olarak Case II (Durum II) şişme davranışı gösterdiği belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler: N-vinilkaprolaktam, 2-dietilaminoetil metakrilat, itakonik asit, çözücü, şişme kinetiği, pH-duyarlı, sıcaklık-duyarlı