Akrilamid sepiyolit esaslı hidrojel kompozitler ve özellikleri

Abstract

Hidrojeller, büyük miktarda su veya çeşitli sıvıları emebilen çapraz bağlı üç boyutlu polimerik yapılar olarak tanımlanmaktadır. Hidrojeller yüksek su tutma kapasitesi, dış etkenlere (pH, sıcaklık, ışık, elektrik ve manyetik alan vb.) duyarlı olma, biyouyumluluk ve biyobozunurluk gibi başlıca avantajlarından ötürü günümüzde pek çok alanda kullanılmaktadır. Bu tez çalışmasının ilk kısmında hidrojel sentezinde çapraz bağlı akrilamid (Aam) ve N-vinil-2-pirolidon (NVP) esaslı hidrojeller sentezlenmiştir. İkinci kısımda sentez aşamasında hidrojellere katkı malzemesi olarak sepiyolit (SP) ilavesiyle hidrojel kompozitler sentezlenmiştir. Üçüncü kısımda ise katkı malzemesi olarak alkil amonyum tuzu ile modifiye edilmiş sepiyolit (MSP) kullanılarak hidrojel kompozitler sentezlenmiştir. Hidrojellerin karakterizasyonu X-ışını kırınımı (XRD), Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FTIR), termogravimetrik analiz (TGA) ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) analizleri ile yapılmıştır. XRD analizine göre sentezlenen jellerin amorf yapıda olduğu ve SEM analizi sonuçlarına göre hidrojellere eklenen katkı malzemelerinin homojen olarak dağıldığı sonucuna varılmıştır. TGA eğrileri ise hidrojele sepiyolit veya modifiye sepiyolit ilavesinin hidrojelin termal dayanımını kısmen arttırdığını göstermiştir. Hidrojellerin şişme davranışı tea-bag metodu ile incelenmiştir. Sentezlenen hidrojellerin saf su, NaCl çözeltisi ve farklı pH ortamlarında yüzde şişmeleri hesaplanmıştır. Saf sudaki en yüksek denge şişme yüzdesi (DS%) NVP hidrojeli, NVP+SP kompozit hidrojeli ve NVP+MSP kompozit hidrojeli için sırasıyla %1350, %1260 ve %1610 olarak belirlenmiştir. Farklı pH ortamlarında DS% değeri pH 9'da NVP+MSP hidrojel kompoziti için %1800 olarak tespit edilmiştir. Saf suda artan sıcaklıklarda şişme kapasitesinin giderek arttığı ve 50 °C'de hidrojellerin en yüksek şişme kapasitesine ulaştığı görülmüştür. Elde edilen sonuçlar hidrojel ve hidrojel kompozitlerin pH ve sıcaklık duyarlı malzemeler olduğunu göstermiştir. Ayrıca hidrojellerin saf suda 3 kez tekrarlanabilirlik sonunda şişme kapasitesinin giderek arttığı ve tekrar tekrar kullanılabileceği sonucuna varılmıştır.

Hydrogels are defined as three dimensional polymeric structures which absorb a large quantity of water or various liquids. Hydrogels are used in many applications due to their main advantages such as high water uptake capacity, responsiveness to external factors (pH, temperature, light, electric and magnetic field etc.), biocompatibility and biodegradability. In the first part of this study, acrylamide (Aam) and N-vinyl-2-pyrrolidone (NVP) based cross-linked hydrogels were synthesized. Hydrogel composites were synthesized adding sepiolite as filler in the second part of the study. In the third part, hydrogel composites were synthesized using alkyl ammonium salt modified sepiolite as filler. Characterization of the hydrogels was carried out with X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), scanning electron microscopy (SEM) analyses and thermogravimetric analysis (TGA). Amorphous structure of the synthesized hydrogels based on XRD analysis and homogeneous dispersion of the fillers in hydrogel network according to SEM analysis were figured out. Moreover, TGA curves showed that sepiolite (SP) or modified sepiolite (MSP) slightly increased thermal resistance of the neat hydrogel. Swelling behaviour of the hydrogels was investigated with tea-bag method. Swelling percentage of the hydrogels in distilled water, NaCl solution and different pH media was calculated. In distilled water, the highest swelling percent (DS%) of the NVP hydrogel, NVP+SP hydrogel composite and NVP+MSP hydrogel composite was determined as 1350%, 1260% and 1610%, respectively. In different pH media, DS% value for NVP+MSP hydrogel composite was specified as 1800% at pH 9. It was observed that the swelling percent of the hydrogels in distilled water increased with increasing temperature and the highest swelling percentage of the hydrogels was reached at 50 °C. The results showed that the hydrogels and hydrogel composites were pH and temperature sensitive materials. Moreover, it was concluded that the swelling percent of the hydrogels increased after the three repeated swelling test and the hydrogels can be used time and again.