Sıcaklığa Duyarlı Poli (ters-butilakrilamid-co-akrilamid) Hirojellerinin Sentezi Ve Karakterizasyonu

Abstract

Bu çalışmada ters-butilakrilamid ve akrilamid monomerlerinin metanol içerisinde serbest radikal çapraz bağlanma kopolimerizasyonu ile sıcaklığa duyarlı bir seri hidrojel elde edilmiştir. Ağ yapıdaki zincirlerin bileşimini tayin etmek için 1H NMR, i.r. ve elemental mikro analiz (e.m.) yöntemleri kullanılmıştır. Reaksiyona giren TBA miktarı arttırıldıkça yapıda yer alan TBA miktarının da artmış olduğu gözlenmiştir. Ayrıca i.r. ve e.m. sonuçları ağ yapıdaki zincirlerin bileşiminin reaksiyona giren orjinal monomer bileşimine çok yakın olduğunu göstermiştir. Şişme deneylerinin sonuçları, ağ yapıda yer alan TBA ünitelerinin miktarının değiştirilerek hidrojellerin şişme davranışlarının kontrol edilebileceğini göstermiştir. DMSO-su karışımlarının içerisine batırılmış olan hidrojeller reentrant şişme davranışında bulunmuştur. Bu reentrant faz geçişinin büyüklüğü en fazla % 40 TBA içeren hidrojelinde gözlenmiştir. % 40’tan daha az TBA içeren hidrojeller 2 ile 64 OC arasında suda şişmiş halde iken % 60’dan fazla TBA içeren jeller büzülmüş halde kalmıştır. % 40 ile % 60 TBA içeren hidrojeller su içerisinde sıcaklığa bağlı olarak şişme-büzülme geçişi göstermiştir. % 60 TBA içeren jeller su içerisinde 10-28 OC aralığında faz geçişi gösterirken % 40 TBA içeren jellerin faz geçişi 20 OC’da başlamış 64 OC’ye kadar devam etmiştir. 64 OC’de jeller hidroliz olmuştur. Jellerin etkin çapraz bağ yoğunluğu elastik modül ölçüm sonuçlarından hesaplanmıştır. Kullanılan çapraz bağlayıcının yanlız % 5’nin çapraz bağlanma için kullanıldığı yaklaşık olarak % 95’inin ise halka oluşumuna harcandığı bulunmuştur. Bu çalışmada ayrıca,  parametresinin sıcaklığa ve polimer konsantrasyonuna bağlılığı da göz önüne alınarak Flory-Rehner teorisine göre hesaplanan teorik şişme değerleri ile jellerin deneysel şişme değerleri karşılaştırılmış, deneysel ve teorik sonuçların oldukça iyi bir uyum halinde oldukları gösterilmiştir. Polimer-polimer ve çözücü-çözücü etkileşimlerinden polymer-çözücü etkileşiminin oluşumu esnasındaki entalpi ve entropi (H ve S) degişimlerinin negatif olduğu bulunmuştur.TBA miktarındaki artışa bağlı olarak H ve S’in mutlak değerlerinin artması, TBA miktarı arttıkça jellerin sıcaklığa duyarlılığının arttığını göstermiştir.

In the present work, a series of temperature sensitive hydrogels was synthesized by free radical crosslinking copolymerization of tert-butylacrylamide (TBA) and acrylamide (AAm) in methanol at various mole ratio. The composition of the network chains was determined by using 1H NMR, i.r., and elemental microanalyses (e.m.) techniques. It was found that the amount of TBA incorporated into the network chains increases as the TBA content in the feed mixture is increased. The results of i.r. and e.m. techniques also show that the compositions of the network chains are very close to the original monomer compositions in the feed. The results of the swelling experiments showed that the swelling behavior of the hydrogels can be controlled by changing the amount of TBA units in the network chains. Hydrogels immersed in DMSO-water mixtures exhibited reentrant swelling behavior. The magnitude of the reentrant phase transition was greatest in the hydrogel with 40 mole % TBA. In water over the temperature range of 2 to 64 0C, hydrogels with less than 40 mole % TBA were in a swollen state while those with TBA contents higher than 60 % by mole were in a collapsed stated. Hydrogels with 40 to 60 % TBA exhibited swelling-deswelling transition in water depending on the temperature. The transition temperature interval was found to be in the range of 10 to 28 0C for 60 % TBA containing gel for the 40 % TBA gel, transition started at about 20 0C and continued until the onset of the hydrolysis of the network chains at around 64 0C. The effective crosslink density of the hydrogels was calculated from the elastic modulus measurements. It was found that only approximately 5 % of crosslinker was used for effective croslinks and 95 % of crosslinker was wasted probably due to the cyclization and multiple crosslinking reactions. It was also shown that the Flory-Rehner theory of swelling equilibrium provides a satisfactory agreement to the experimental swelling data of the hydrogels, provided that the sensitive dependence of the  parameter on both temperature and polymer concentration is taken into account. Both the enthalpy and entropy changes (H and S) during the formation of polymer-solvent contact from polymer-polymer and solvent-solvent contacts were found to be negative. The absolute values of both H and S increase with increasing amount of TBA indicating that the temperature sensitivity of the hydrogels increases with increasing TBA content.