پلیمرشدن رادیکالی انتقال اتم استیرن در مجاورت نانوذرات میان‌متخلخل سیلیکا: کاربرد فنون آغاز معکوس، معکوس و نرمال هم‌زمان

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

1 تهران، دانشگاه تهران، پردیس علوم، دانشکده شیمی، صندوق پستی ۶۴۵۵-۱۴۱۵۵

2 تهران، دانشکده مهندسی پلیمر و رنگ، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، صندوق پستی ۴۴۱۳-۱۵۸۷۵

3 سمنان، دانشگاه سمنان، دانشکده مهندسی شیمی، گاز و نفت،صندوق پستی۱۹۱۱۱-۳۵۱۳۱

چکیده

پلیمرشدن رادیکالی انتقال اتم (ATRP) استیرن در مجاورت نانوذرات میان‌متخلخل سیلیکا و در دمای  ۱۱۰ درجه سلسیوس انجام شد. روش‌های آغاز معکوس (RATRP) و نرمال و معکوس هم‌زمان (SR&NI ATRP) به عنوان دو روش مناسب  برای غلبه بر مشکلات اکسایش به‌کار گرفته شدند. ویژگی عمده در این دو روش آغاز، استفاده از کاتالیزورهای فلزی در حالت اکسایش بیشتر آنهاست که در این شرایط بر مشکلات مربوط به روش آغاز نرمال غلبه می‌شود. ساختار، مساحت سطح و قطر منافذ نانوذرات سنتزی به کمک آزمون‌های پراش پرتوX  و جذب و واجذب هم‌دمای نیتروژن ارزیابی شدند. با استفاده از تصاویر میکروسکوپی الکترونی پویشی، میانگین اندازه ذرات حدود ۶۰۰ نانومتر تخمین زده شد. این تصاویر، نانوذرات توزیع مناسبی از اندازه را نیز نشان می‌دهند. درجه تبدیل نهایی مونومر با استفاده از روش رنگ‌نگاری گازی اندازه‌گیری شد. متوسط عددی (Mn) و وزنی (Mw) وزن مولکولی و شاخص پراکندگی (PDI) نیز با استفاده از روش رنگ نگاری ژل تراوایی (GPC) ارزیابی شد. طبق نتایج، افزایش نانوذرات میان‌متخلخل سیلیکا در هر دو سامانه RATRP و SR&NI ATRP آثار مشابهی نشان می‌دهد.کاهش در مقدار تبدیل و Mn و نیز افزایش مقادیر PDI با افزایش نانوذرات میان‌متخلخل سیلیکا مشاهده شد. بهبود پایداری گرمایی نانوکامپوزیت‌ها در مقایسه با پلی‌استیرن خالص به وسیله آزمون گرماوزن‌سنجی ثابت شد. همچنین، درباره نمونه‌های نانوکامپوزیتی نیز با افزایش مقدار نانوذرات، پایداری گرمایی بیشتر حاصل شد. نتایج آزمون گرماسنجی پویشی تفاضلی نیز کاهش در مقادیر دمای انتقال شیشه‌ای با افزایش نانوذرات میان‌متخلخل سیلیکا را تأییدرساند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Atom Transfer Radical Polymerization of Styrene in Presence of Mesoporous Silica Nanoparticles: Application of Reverse, Simultaneous Reverse and Normal Initiation Techniques

نویسندگان [English]

  • Khezrollah Khezri 1
  • Vahid Haddadi-Asl 2
  • Hossein Roghani-Mamaqani 2
  • Mohammadreza Sarsabili 3
1 School of Chemistry, University College of Science, University of Tehran, P.O. Box 14155-6455, Tehran, Iran
2 Department of Polymer Engineering and Color Techmnology, Amirkabir University of Technology, P.O. Box: 15875-4413, Tehran, Iran
3 Department of Chemical Engineering, Gas, and Petroleum, Semnan University, P.O. Box: 35131-19111, Semnan, Iran
چکیده [English]

Atom transfer radical polymerization (ATRP) of styrene in presence of mesoporous silica nanoparticles was carried out at 110 °C. Reverse atom transfer radical polymerization (RATRP) and simultaneous reverse and normal initiation for atom transfer radical polymerization (SR&NI ATRP) techniques were used as two appropriate introduced techniques for circumventing oxidation problems. Usage of metal catalyst in its higher oxidation state was the main feature of these initiation techniques in which deficiencies of normal ATRP were circumvented. Structure, surface area and pore diameter of synthesized mesoporous silica nanoparticles were evaluated using X–ray diffraction and nitrogen adsorption/desorption isotherm analysis. Average particle size was estimated around 600 nm by electron microscopy images. In addition, according to these images, nanoparticles revealed an appropriate size distribution. Particles size and their distribution were examined using scanning. Final monomer conversion was determined by using gas chromatography. The number and weight average molecular weights (Mn and Mw) and polydispersity indexes (PDI) were also evaluated by gel permeation chromatography. According to the results obtained, addition of mesoporous silica nanoparticles in both RATRP and SR&NI ATRP systems revealed similar effects: decrement of conversion and Mn and also increment of PDI values observed by increasing of mesoporous silica nanoparticles content. Improvement in thermal stability of the nanocomposites in comparison with neat polystyrene was demonstrated by thermogravimetric analysis (TGA). Moreover, in case of nanocomposites, thermal stability was obtained by higher loading of nanoparticles. A decrease in glass transition temperature by higher content of mesoporous silica nanoparticles has been demonstrated by differential scanning calorimetry analysis.

کلیدواژه‌ها [English]

  • ppolystyrene
  • Nanocomposite
  • mesoporous silica nanoparticles
  • RATRP
  • SR&NI ATRP