Nişasta radikal graft kopolimerizasyon

Abstract

Graft kopolimerizasyon yöntemi özellikle nişasta gibi doğal polimerlerin materyallerin özelliklerini geliştirmek için kullanılan yöntemlerden biridir. Literatürde de nişastanın özelliklerini geliştirerek kullanım alanlarını genişletmeye katkıda bulunacak farklı yöntemlerin kullanıldığı çok sayıda çalışma bulunmaktadır. Bu tez çalışmasında nişastanın çeşitli monomerlerle ve farklı başlatıcı sistemleri kullanılarak kopolimerleri sentezlenmiştir. Nişastanın etil akrilatla graft kopolimerizasyonu, seryum (IV) amonyum nitrat (CAN) başlatıcı sistemi kulanılarak geniş monomer konsantrasyonu aralığında gerçekleştirildi. Reaksiyonlarda çapraz bağlayıcı olarak N,Nl- Metilen bis akrilamid (MBA) kullanıldı. Elde edilen kopolimerler saflaştırılarak graftlanma parametresi hesaplandı ve FTIR ile karakterize edildi. Kopolimerler termal olarak da incelendi ve CAN başlatıcı sistemi kullanılarak elde edilen kopolimerlerde monomer konsantrasyonunun artması ile termal karalılığın arttığı gözlendi. Kopolimerizasyona başlatıcı sisteminin etkisini incelemek için eşit etil akrilat konsantrasyonunda CAN ve 4,4l – Azobis(4-siyanovalerik asit) (ACVA) başlatıcı sistemleri kullanılarak elde edilen kopolimerler karşılaştırıldığında CAN’ın kullanıldığı deneylerde daha yüksek graftlanma verimi elde edildiği ve bu kopolimerin termal olarak daha az kararlı olduğu gözlendi. Kopolimerlerin SEM görüntüleri incelenerek nişastanın SEM görüntüsü ile karşılaştırıldı ve nişastanın yüzeyinde kopolimerizasyonla meydana gelen değişiklikler saptandı. Nişasta-glisidil metakrilat kopolimerleri de iki farklı başlatıcı sistemi CAN ve ACVA kullanılarak elde edildi. Reaksiyonlarda çapraz bağlayıcı olarak MBA kullanıldı. Kopolimerler FTIR, TGA, DSC ve SEM ile karakterize edildi. CAN başlatıcısı ile elde edilen kopolimerlerlerde monomer konsantrasyonunun artması ile termal kararlılığın arttığı gözlendi. Eşit konsantrasyonda monomer ile CAN ve ACVA başlatıcı sistemleri kullanılarak elde edilen nişasta-glisidil metakrilat kopolimerleri de termal açıdan karşılaştırıldığında CAN başlatıcı sistemi ile elde edilen kopolimerin daha dayanıklı olduğu tespit edildi. Nişastanın 2-etilhekzil metakrilat kopolimerleri seryum (IV) amonyum nitrat başlatıcı sistemi kullanılarak elde edildi. Monomer kosantrasyonunun artması ile graftlanma veriminin ve termal dayanıklılığın arttığı gözlendi. Kopolimerler FTIR ve SEM ile karakterize edildi. Nişasta-akrilik asit kopolimerleri de başlatıcı olarak CAN ve çapraz bağlayıcı olarak MBA kullanılarak elde edildi. Elde edilen kopolimerler saflaştırıldıktan sonra graftlanma parametreleri hesaplandı. Kopolimerler FTIR ve SEM ile karakterize edildi. Kopolimerlerin termal analizi sonucunda yüksek monomer konsantrasyonunda termal olarak daha dayanıklı kopolimerler elde edildiği bulundu. Tez çalışmasının diğer bir bölümünde başlatıcı olarak ACVA, çapraz bağlayıcı olarak da MBA kullanılarak nişasta-akrilamid jellerinin sentezi yapıldı. Jeller farklı reaksiyon sürelerinde ve farklı monomer ve çapraz bağlayıcı konsantrasyonlarında sentezlendi. Çapraz bağlayıcı oranının azalması ile jellerin ağırlıkça şişme oranlarının arttığı ve elastik modül değerlerinin düştüğü tespit edildi. Jellerdeki monomer konsantrasyonunun artması ile yine ağırlıkça şişme miktarlarının arttığı saptandı. Şişme dengesine ulaşmış jellerin elastik modüllerinin sentez sonrası jellerden daha düşük çıktığı bulundu.

Graft copolymerization is one of the widely used methods to improve the properties of natural polymers such as starch. In this study, starch copolymers were synthesized by using different monomers and initiator systems. All copolymers were characterized by FTIR, TG, DSC and SEM instruments. Grafting of starch with ethyl acrylate (EA) were carried out by using Ceric ammonium nitrate (CAN) as initiator and N,Nl Methylene bis acrylamide (MBA) as crosslinker. Monomer concentration was changed in a wide range in these experiments. Grafting parameters of copolymers were calculated. It was observed that thermal stability of copolymers increased with increasing monomer concentration. Effect of initiator system on the copolymerization was investigated by using 4,4'-azobis(4-cyanovaleric acid) (ACVA) and CAN. Copolymers synthesized at the same monomer concentration were compared according to grafting parameter, CAN found more efficient than ACVA. However, copolymers synthesized by ACVA are more stable (thermally) than those of prepared by CAN. SEM micrographs of starch and it’s copolymers were compared. Starch and glycidyl methacrylate (GMA) copolymers were synthesized by using CAN and ACVA as initiators. MBA was used as crosslinker in the reactions. Thermal stability of copolymers, prepared by CAN, increased with increasing monomer concentration. Copolymers, synthesized by CAN, are more stable (thermally) than those of synthesized by ACVA. Copolymerization of starch with 2- ethylhexyl methacrylate (EHMA) and acrylic acid (AA) were made by using CAN as initiator. It was observed that thermal stability of copolymers increased (for both monomers) as the monomer concentration increased. In the second part of thesis, starch-acrylamide gels were synthesized by using ACVA as initiator and MBA as crosslinker. Effects of monomer and crosslinker concentration and reaction period were investigated. It was found that as the crosslinker concentration decreased, swelling degree was increased and elastic modulus of gels decreased. Morover, swelling degree of gels increased with increasing monomer concentration.