تهیه و شناسایی نانوکامپوزیت‌های الاستومر پلی‌یورتان مغناطیسی تقویت شده با نانوذرات آهن اکسید اصلاح شده با دی‌پدال سیلان

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

1 قزوین، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی(ره)، دانشکده علوم پایه، گروه شیمی، صندوق پستی 288

2 تهران، پژوهشکده سامانه‌های حمل و نقل فضایی، پژوهشگاه سازمان فضایی ایران

چکیده

در این پژوهش، نانوکامپوزیت­‌های الاستومر پلی­‌یورتان مغناطیسی با استفاده از نانوذرات ابرپارامغناطیس آهن اکسید (Fe3O4) اصلاح نشده و اصلاح سطحی شده با دی­‌پدال سیلان (dipodal silane) به روش پلیمرشدن درجا سنتز شدند. در تهیه این نانوکامپوزیت مغناطیسی از پلی­ ال استری پلی­‌کاپرولاکتون (PCL) استفاده شد. نانوذرات اصلاح نشده به دلیل نسبت سطح به حجم زیاد و برهم­‌کنش های دوقطبی-دوقطبی، تمایل به کلوخه­ شدن دارند و به همین دلیل نمی­‌توانند به ­خوبی در ماتریس پلیمری توزیع شوند و باعث تضعیف خواص مکانیکی و مغناطیسی می‌شوند. اصلاح سطحی نانوذرات افزون بر کاهش مقدار تجمع­ یافتگی نانوذرات باعث بر‌هم­‌کنش بهتر نانوذرات با ماتریس پلی­‌یورتانی می­‌شوند. برای رفع این مشکل نانوذراتFe3O4 با دی­‌پدال سیلان (DS) اصلاح سطحی شد. اصلاح سطح نانوذرات به وسیله دی­‌پدال سیلان سنتز شده برپایه آمینوپروپیل تری­‌اتوکسی سیلان و گاما-گلیسیدوکسی پروپیل تری‌­متوکسی سیلان انجام شد. تشکیل و شناسایی ترکیب دی­‌پدال سیلان (ترکیب سیلانی دودندانه ای) با روش‌­های طیف­سنجی رزونانس مغناطیسی هسته هیدروژن (1H NMR)، طیف‌سنجی زیرقرمز تبدیل فوریه (FTIR) و میکروسکوپی الکترونی عبوری (TEM) بررسی و تأیید شد. شناسایی و مطالعه خواص نانوکامپوزیت‌­های الاستومر پلی­‌یورتان مغناطیسی تهیه شده نیز با FTIR،TGA ،SEM ،VSM و DMTA انجام شد. نتایج به­ دست آمده از آزمون TGA بهبود خواص گرمایی نانوکامپوزیت‌های تقویت شده با نانوذرات اصلاح شده (Fe3O4@DS) را تأیید کرد. آزمون SEM پراکنش بهتر نانوذرات اصلاح شده را نشان داد. همچنین آزمون VSM نشان داد، نانوکامپوزیت­‌های الاستومر پلی­‌یورتان سنتز شده ابرپارامغناطیس هستند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Dipodal Silane-modified Nano Fe3O4/Polyurethane Magnetic Nanocomposites: Preparation and Characterization

نویسندگان [English]

  • Mir Mohammad Alavi Nikje 1
  • Maryam Vakili 1
  • Reihaneh Farajollah 1
  • Raheleh Akbar 1
  • Moslem Haghshenas 2
1 Department of Chemistry, Faculty of Science, Imam Khomeini International University, P.O. Box: 228, Qazvin, Iran,
2 Space Transportation Research Institute, Iranian Space Research Center, Tehran, Iran
چکیده [English]

Magnetic nanocomposites were prepared by incorporation of pure Fe3O4 and surface-modified Fe3O4 nanoparticles (dipodal silane-modified Fe3O4) into a polyurethane elastomer matrix by in situ polymerization method. In preparation of these magnetic nanocomposites, polycaprolactone (PCL) was used as a polyester polyol. Because of dipole-dipole interactions between nanoparticles and a large surface area to volume ratio, the magnetic iron oxide nanoparticles tended to agglomerate. Furthermore, the most important challenge was to coat the surface of magnetic Fe3O4 nanoparticles in order to prepare well dispersed and stabilized Fe3O4 magnetic nanoparticles. It was observed that surface modification of Fe3O4 nanoparticles enhanced the dispersion of the nanoparticles in polyurethane matrices and allowed magnetic nanocomposites to be prepared with better properties. Surface modification of Fe3O4 was performed by dipodal silane synthesized based on 3-aminopropyltriethoxysilane (APTS) and γ-glycidoxypropyl trimethoxysilane (GPTS). Dipodal silane-coated magnetic nanoparticles (DScMNPs) were synthesized and incorporated into the polyurethane elastomer matrix as reinforcing agents. The formation of dipodal silane was investigated by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), proton nuclear magnetic resonance spectroscopy (1H NMR) and transmission electron microscopy (TEM). Characterization and study on the magnetic polyurethane elastomer nanocomposites were performed by FTIR, thermogravimetric analysis (TGA), scanning electron microscopy (SEM), vibrating sample magnetometry (VSM) and dynamic mechanical thermal analysis (DMTA). The VSM results showed that the synthesized polyurethane elastomer nanocomposites had a superparamagnetic behavior. The TGA results showed that the thermal stability of dipodal silane-modified Fe3O4/PU nanocomposite was higher than that of Fe3O4/PU nanocomposite. This could be attributed to better dispersion and compatibility of dipodal silane-modified Fe3O4 nanoparticles in the polyurethane matrix compared to pure Fe3O4 nanoparticles.

کلیدواژه‌ها [English]

  • magnetic nanocomposites
  • polyurethane elastomer
  • Fe3O4 nanoparticles
  • surface modification
  • dipodal silane