اثر حلال‌های قطبی مختلف و غلظت پایدارکننده و کمک‌پایدارکننده بر پلیمرشدن پراکنشی استیرن

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

تهران، پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران، صندوق پستی 112-14975

چکیده

فرضیه: پلیمرشدن پراکنشی روش منحصر به‌فردی برای تولید ذرات پلیمری یکنواخت در محدوده میکرومتر است. پلیمر تهیه‌شده با این روش می‌تواند در کاربردهای گسترده استفاده شود. فهم چگونگی اثر پارامترهای فرایندی بر اندازه ذرات و توزیع آن در پلیمرشدن پراکنشی اهمیت بسزایی دارد. هدف اصلی این مقاله، بررسی اثر پارامترهای فرایندی بر اندازه ذرات و توزیع آن‌ در میکروکره‌های پلی‌استیرن سنتزشده به روش پلیمرشدن پراکنشی است.
روش‌ها: پلیمرشدن پراکنشی در دمای C°65، به‌مدت h 24 درون لوله آزمایش انجام شد. اثر نوع حلال، مقدار پایدارکننده و کمک‌پایدارکننده بر اندازه ذرات میکروکره‌های پلی‌استیرن و توزیع اندازه آن‌ها با میکروسکوپی الکترونی پویشی (SEM) و نرم‌افزار Image J بررسی شد. همچنین، اثر مخلوط حلال و غلظت کمک‌پایدارکننده بر وزن‌های مولکولی و توزیع آن (PDI) در نمونه‌ها با سوانگاری ژل تراوشی (GPC) ارزیابی شد.
یافته‌ها: نتایج شکل‌شناسی نمونه‌ها نشان داد، افزایش طول آلیفاتیک حلال‌های قطبی اثر دوگانه‌ای بر اندازه ذرات و توزیع آن دارد. با افزایش طول آلیفاتیک حلال ابتدا اندازه ذرات بزرگ‌‌تر و توزیع آن پهن‌تر می‌شود، سپس افزایش بیشتر طول آلیفاتیک موجب ایجاد ذرات تک‌توزیعی با اندازه ذرات به‌مراتب کوچک‌تر می‌شود. افزودن آب به حلال اتانول نسبت به حلال اتانول خالص موجب کاهش اندازه ذرات، افزایش وزن‌های مولکولی و شاخص توزیع آن‌ها‌ شد. با افزایش غلظت پایدارکننده اندازه ذرات و توزیع آن ‌کاهش یافت. افزون براین، افزودن کمک‌پایدارکننده به سامانه اثر چندانی بر اندازه ذرات و توزیع آن نداشت. با وجود این، افزودن آن موجب افزایش وزن مولکولی و شاخص توزیع میکروکره‌های پلی‌استیرن شد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Effect of Different Polar Solvents and Stabilizer and Co-Stabilizer Concentration on Dispersion Polymerization of Styrene

نویسندگان [English]

  • Mohammad Reza Jozaghkar
  • Farshid Ziaee
  • Mohammad Reza Afkhami Aqda
  • Nakisa Yaghobi
  • Seyed Mehrdad Jalilian
Iran Polymer and Petrochemical Institute, P. O. Box: 14975-112, Tehran, Iran
چکیده [English]

Hypothesis: Dispersion polymerization has proven to be a useful technique for preparing uniform polymer particles in the micrometer size range. The polymer synthesized with this method can be utilized in various applications. The knowledge of the effect of process parameters on the droplets size and droplets size distribution is very important. As a result, this study was designed to investigate the effect of processing parameters on the droplets size and droplets size distribution of polystyrene (PS) microspheres synthesized by dispersion polymerization.
Method: Dispersion polymerization was performed in a sealed glass tube at 65°C for 24 h. The effect of solvent type, stabilizer and co-stabilizer concentration on the droplets size and droplets size distribution of polystyrene microspheres was investigated by scanning electron microscopy (SEM) and Image J software. Also, the effect of a mixture of solvents and co-stabilizer concentration on the molecular weight and molecular weight distribution (PDI) of polystyrene was studied by gel permeation chromatography (GPC).
Finding: The morphology results revealed that the aliphatic length of polar solvents affects the droplet size and droplet size distribution. At first, increase in the aliphatic length of polar solvent enhanced droplet size and droplet size distribution of polystyrene microspheres. Further increase in aliphatic length of polar solvent led to decrease in the droplet size and droplet size distribution. Addition of water to ethanol led to reduced droplets size compared to pure ethanol and enhancement in molecular weight and PDI. In addition to this, the presence of co-stabilizer did not change the droplet size and its distribution however, it increased molecular weight and PDI of polystyrene microspheres.

کلیدواژه‌ها [English]

  • dispersion polymerization
  • styrene
  • microsphere
  • SEM
  • GPC
  1. Šálek P., Horák D., and Hromádková J., Novel Preparation of Monodisperse Poly(styrene-co-divinylbenzene) Microspheres by Controlled Dispersion Polymerization, Polym. Sci., Ser. B, 60, 9-15, 2018.
  2. Itoh T., Okada S., Kojima K., Asano H., and Shimomoto H., Controlled Cationic Polymer Particles Prepared by Dispersion Polymerizations Using Poly(l-lysine) Macromonomers as a Stabilizer, Polymer,118, 215-222, 2017.
  3. Park S.H., Kim J., Lee W.E., Byun D.J., and Kim M.H., One-step Synthesis of Hollow Dimpled Polystyrene Microparticles by Dispersion Polymerization, Langmuir, 33, 2275-2282, 2017.
  4. Zhang Z., Shao H., Zhou X., Zhao L., Liu H., Ji X., and Liu H., Controllable Synthesis of Anisotropic Silica/Polymer Composite Particles via Seeded Dispersion Polymerization, Mater. Chem. Phys.,195, 105-113, 2017.
  5. Shen H., Du X., Ren X., Xie Y., Sheng X., and Zhang X.,  Morphology Control of Anisotropic Nonspherical Functional Polymeric Particles by One-Pot Dispersion Polymerization, React. Funct. Polym.,112, 53-59, 2017.
  6. Yu D.G., An J.H., and Bae J.Y., Preparation and Characterization of Acrylic-based Electronic Inks by In Situ Emulsifier-Free Emulsion Polymerization for Electrophoretic Displays, Chem. Mater.,16, 4693-4698, 2004.
  7. Moore L.R., Zborowski M., and Nakamura M., The Use of Magnetite-Doped Polymeric Microspheres in Calibrating Cell Tracking Velocimetry, J. Biochem. Biophys. Methods, 44, 115-130, 2000.
  8. Meng J., Shi C., Wei B., and Yu W., Preparation of Fe3O4@C@ PANI Magnetic Microspheres for the Extraction and Analysis of Phenolic Compounds in Water Samples by Gas Chromatography-Mass Spectrometry, J. Chromatogr. A, 1218, 2841-2847, 2011.
  9. Cai Y., Chen Y., Hong X., Liu Z., and Yuan W., Porous Microsphere and Its Applications, Int. J. Nanomedicine, 8, 1111-1120, 2013.
  10. Zhao Y. and Ikeda T., Smart Light-Responsive Materials: Azobenzene-Containing Polymers and Liquid Crystals, John Wiley and Sons, 2009.
  11. Tseng C.M., Lu Y.Y., El-Aasser M.S., and Vanderhoff J.W., Uniform Polymer Particles by Dispersion Polymerization in Alcohol, J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem., 24, 2995-3007, 1986.
  12. Zhang F., Cao L., and Yang W., Preparation of Monodisperse and Anion-Charged Polystyrene Microspheres Stabilized with Polymerizable Sodium Styrene Sulfonate by Dispersion Polymerization, Macromol. Chem. Phys.,211, 744-751, 2010.
  13. Kawaguchi S. and Ito K., Dispersion Polymerization, Adv. Polym. Sci.,175, 299-328, 2005.
  14. Wang D., Dimonie V. L., Sudol E. D. and El-Aasser M.S., Dispersion Polymerization of n-Butyl Acrylate, J. Appl. Polym. Sci., 84, 2692–2709, 2002.
  15. Lok K.P. and Ober C.K., Particle size control in Dispersion Polymerization of Polystyrene, Can. J. Chem., 63, 209-216, 1985.
  16. Paine A.J., Dispersion Polymerization of Styrene in Polar Solvents. 7. A Simple Mechanistic Model to Predict Particle size, Macromolecules, 23, 3109-3117, 1990.
  17. Tuncel A., Kahraman R., and Pişkin E., Monosize Polystyrene Microbeads by Dispersion Polymerization, J. Appl. Polym. Sci., 50, 303-19, 1993.
  18. Hosseinzadeh S., Saadat Y., Abdolbaghi S., Afshar-Taromi F., and Hosseinzadeh A., Shape of the Particles Produced by Seeded Dispersion Polymerization of Styrene, Colloid J., 76, 104-112, 2014.
  19. Jozaghkar M.R., Jahani Y., Arabi H., and Ziaee F., Effect of Polyethylene Molecular Architecture on the Dynamic Viscoelastic Behavior of Polyethylene/Polyhexene-1 Blends and Its Correlation with Morphology, Polym. Plast. Technol. Eng., 58, 560-572, 2019.
  20. Jozaghkar M.R., Jahani Y., Arabi H., and Ziaee F., Preparation and Assessment of Phase Morphology, Rheological Properties, and Thermal Behavior of Low-Density Polyethylene/Polyhexene-1 Blends, Polym. Plast. Technol. Eng., 57, 757-765, 2018.
  21. Jinhua L. and Guangyuan Z., Polystyrene Microbeads by Dispersion Polymerization: Effect of Solvent on Particle Morphology, Int. J. Polym. Sci., 2014, 2014, DOI: org/10.1155/2014/703205.
  22. Studart A.R., Amstad E., and Gauckler L.J., Colloidal Stabilization of Nanoparticles in Concentrated Suspensions, Langmuir, 23, 1081-1090, 2007.
  23. Lacroix-Desmazes P. and Guyot A., Reactive Surfactants in Heterophase Polymerization. 2. Maleate Based Poly(ethylene oxide) Macromonomers as Steric Stabilizer Precursors in the Dispersion Polymerization of Styrene in Ethanol-Water Media, Macromolecules, 29, 4508-4515, 1996.
  24. Kim J.H., Chainey M., El-Aasser M.S. and Vanderhoff J.W., Emulsifier-Free Emulsion Copolymerization of Styrene and Sodium Styrene Sulfonate, J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem., 30, 171-183, 1992.
  25. Liu J., Chew C.H., Wong S.Y., and Gan L.M., Dispersion Polymerization of Styrene in Aqueous Ethanol Media Using Poly(ethylene oxide) Macromonomer as a Polymerizable Stabilizer, Polymer, 39, 283-289, 1998.
  26. Sáenz J.M. and Asua J.M., Dispersion Copolymerization of Styrene and Butyl Acrylate in Polar Solvents, J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem., 34, 1977-1992, 1996.
  27. Arshady R., Suspension, Emulsion, and Dispersion Polymerization: A Methodological Survey, Colloid Polym. Sci., 270, 717-732, 1992.