Donmus Monomer Çözeltilerinden Makrogözenekli Hidrojellerin Sentezi Ve Karakterizasyonu

Abstract

Hidrojeller, sıcaklık ve solvent kalitesi gibi bir dıs etkiyle hacim ve/veya sekil degistirebilme yetenegine sahip akıllı ve yumusak malzemelerdir. Hidrojellerin bu özellikleri son yıllarda oldukça ilgi çekmektedir. Ancak, hidrojellerin mekanik dayanıklılıgı düsüktür. Bununla beraber, bir dıs etkiye karsı yavas cevap verirler. Bu iki dezavantaj hidrojellerin pratik uygulamalarını kısıtlar. Bu doktora tezinin amacı, hem mekanik dayanıklılıgı çok iyi olan hem de dısarıdan gelen uyarılara hemen cevap verebilen hidrojeller sentezlemektir. Bu baglamda, çok hızlı cevap verebilen ve mekanik dayanıklılıgı yüksek olan (tok) jeller elde etmek için iki yöntem kullanılmıstır. Tezin ilk bölümünde, iyonik monomer 2-akrilamido-2-metilpropan sülfonik asit sodyum tuzu (AMPS) ve çapraz baglayıcı N,N’-metilenbis (akrilamid) (BAAm)’in düsük monomer konsantrasyonu ve yüksek çapraz bag miktarları kullanılarak sulu çözeltilerinde gerçeklesen jellesme reaksiyonlarının, sistikten sonra sertlesen mikrojel-agyapı jellerinin olusumuna yol açtıgı gösterilmistir. Bu yöntemle, sismis hidrojellerin mekanik özellikleri iyilestirilmesine ragmen, bir dıs etkiye karsı cevap verme hızlarının oldukça düsük oldugu görülmüstür. Bundan dolayı, ikinci bir yöntem olarak, kriyojellesme teknigi varolan jellesme sistemine uygulanarak polimer matrisinin içinde birbirine baglı gözenek yapısı olusturulmustur. Böylece, AMPS ve BAAm’in serbest radikal çapraz baglanma reaksiyonları, polimerizasyon çözücüsünün donma noktasının altındaki sıcaklıklarda gerçeklestirilmistir. Farklı özelliklere sahip, kriyojel adı verilen, makrogözenekli poli(AMPS) (PAMPS) hidrojelleri sentezlenmistir. Kriyojellesme metodu iki açıdan avantaj saglamıstır: Elde edilen kriyojeller, süper hızlı cevap verebilmelerinin yanında, yüksek derecede tokluk göstermislerdir. Bu çalısmanın önemli bir kısmı, donmus monomer çözeltilerinden elde edilen kriyojellerin olusumları ve özellikleri arasındaki iliski üzerine durmaktadır. Birçok deneysel parametrenin, jellerin özellikleri üzerine etkisi incelenmistir.

Hydrogels are soft and smart materials capable of changing volume and/or shape in response to specific external stimuli, such as the temperature or the solvent quality. These properties of hydrogels received considerable interest in last three decades. However, hydrogels suffer from the lack of mechanical stability. Further, they also exhibit a slow rate of response against the external stimuli. These two drawbacks limit the practical applications of hydrogels. The aim of this Ph.D. thesis is to prepare hydrogels exhibiting both an excellent mechanical performance and a superfast responsivity against the external stimuli. To achieve this aim, two main techniques were used to obtain gels of high toughness and superfast responsivity. In the first part of this thesis, it was shown that the gelation reactions of the ionic monomer 2-acrylamido-2- methylpropane sulfonic acid sodium salt (AMPS) and the crosslinker N, N’- methylenebis (acrylamide) (BAAm) in aqueous solutions at a high crosslinker content and at a low monomer concentration lead to the formation of microgelnetwork gels that stiffen upon swelling. Using this route, although the mechanical properties of swollen hydrogels were improved, their response rate against the external stimuli was too slow for practical applications. Therefore, as a second approach, an interconnected pore structure was constructed within the polymeric matrices by applying the “cryogelation technique” to the present gelling systems. Thus, the free radical crosslinking reactions of AMPS and BAAm were conducted at temperatures much below the freezing point of the polymerization solvent. Macroporous poly(AMPS) (PAMPS) hydrogels, that is, so-called cryogels with distinct properties were prepared. The advantage of the cryogelation process was twofold: Beside the superfast responsivity of the cryogels thus obtained, they also exhibited a high degree of toughness. The major part of this study discusses the formation-properties relations of PAMPS cryogels prepared from frozen monomer solutions. Effect of several experimental parameters on the gel properties was investigated.