Poliakrilamid jellerinde kinetik olarak donmuş yapıların oluşumu

Abstract

POLİAKRİLAMİD JELLEREVDE KİNETİK OLARAK DONMUŞ YAPILARIN İNCELENMESİ UFUK AKKAN Anahtar Kelimeler: Polimer jelleri, hidrojel, poliakrilamid, faz geçişi, şişme, jel yapılan Özet: Bu çalışmamızda iyonik poliakrilamid (PAAm) jetlerinin su-aseton karışımlarında termodinamik dengeye ulaşıp ulaşamadıkları araştırılmıştır. Bu amaçla iyonik PAAm jelleri akrilamid (AAm) monomeri, sodyum akrilat (NaAc) komonomeri ve N, N'-metilen bisakrilamid (BAAm) çapraz bağlayıcısının sulu çözeltilerinin oda ısısında amonyum persülfat/N,N,N',N'-tetrametiletilendiamin başlatıcı sistemi yardımıyla polimerleştirilmesi ile sentezlenmiştir. Bir grup jeller ise iyonik grup içermeyen PAAm jellerinin NaOH çözeltisinde hidrolizi ile elde edilmiştir. İyonik grup (NaAc) yüzdeleri ve çapraz bağ yoğunlukları (BAAm) farklı bir seri jel serbest radikal polimerizasyonu ile sentezlenmiş ve herbir jel örneği iki gruba ayrılmıştır. Jellerin bir kısmı sentez sonrası su-aseton karışımlarına aktarılmış ikinci kısmı ise saf su içinde dengeye gelene kadar beklenmiş daha sonra su-aseton karışımlarına atılarak ağırlıkça şişme oranlan (qw ) belirlenmiştir. Bir diğer deneyde, dielektrik sabiti farklı, çeşitli çözücüler içinde aynı jelin sentez sonrası ve önceden şişirilmiş haldeki ağırlıkça şişme oranlan belirlenmiştir. Ayrıca çözücüler içine atılan jellerin boyutlarının ağırlıkça şişme oranına etkisi olup olmadığıda incelenmiştir. Deney sonuçlan, şişmiş durumda asetonca zengin aseton-su karışımlarında bekletilen jellerin termodinamik denge konumuna ulaşamadıklarını ortaya koymuştur. Termodinamik dengeye ulaşamamanın nedeni jel içinde kinetik olarak donmuş polimerce zengin ve polimerce fakir mikrobölgelerin oluşumudur. Jel üzerindeki iyonik grup sayısının artması veya jel içindeki çapraz bağların sayısının azalması ile kinetik donmuş yapı oluşumunun arttığı gözlenmiştir. Aynı zamanda dielektrik sabiti (s) düşük olan çözücülerde, örneğin n-butilalkol içinde kinetik donmuş yapı oluşumu hızlanmaktadır.

STUDIES OF KINETICALLY FROZEN STRUCTURES IN POLYACRYLAMIDE GELS UFUK AKKAN Keywords: Polymer gels, hydrogels, polyacrylamide, phase transition, swelling, gel structures. Abstract: Whether ionic polyacrylamide (PAAm) gels immersed in acetone-water mixtures can reach thermodynamic equilibrium was investigated in the present study. For this purpose, ionic PAAm gels were prepared by free-radical copolymerization of acrylamide (AAm) monomer, sodium acrylate (NaAc) ionic comonomer, and N,N*- methylenebisacrylamide (BAAm) crosslinker in aqueous solutions at room temperature using ammonium persulfate / N,N,N/N,-tetramethylethylenediamine initiator system. Ionic PAAm gels were also prepared by hydrolysis of nonionic PAAm gels in aqueous NaOH solutions. The gels synthesized with different ionic group (NaAc) and crosslinker (BAAm) contents were divided in two parts. First part of the gel samples was immersed in acetone-water mixtures immediately after their synthesis. The second part was first preswollen in water to equilibrium and then transferred in acetone-water mixtures. The weight-swelling ratios of the gels were then determined. In another set of experiments, the weight-swelling ratios of the gels after synthesis and of the preswollen gels were determined in various solvents with different dielectric constants. Moreover, the influence of the size of the gel samples used in the swelling experiments on their weight-swelling ratios was also investigated. The experimental results showed that the gels immersed in acetone-water mixtures with high acetone contents cannot reach thermodynamic equilibrium. This is due to the formation of kinetically frozen `polymer-rich` and `polymer-poor` micro regions within a gel sample. The formation of kinetically frozen structures increased as the number of ionic groups on the gel increases, or, as the number of crosslinks decreases. It was also found that the formation of frozen structures in the gel accelerates in solvents with low dielectric constants such as in n-butyl alcohol.