دانشگاه صنعتی سهند

دانشکده مهندسی پلیمر

پایان‌نامه کارشناسی ارشد

مهندسی پلیمر- صنایع پلیمر

 تحت عنوان:

مطالعه سنتز و خواص نانوگویچه‌های حساس به دما با پوسته آبدوست

اساتید راهنما:

دکتر مهدی سلامی کلجاهی

دکتر مهدی سلامی حسینی

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

چکیده

هدف این پروژه سنتز نانوکپسول‌های پلیمری آبدوست با پوسته شبکه‌ای است که قادر به حفظ شکل گویچه‌ای خود هستند. این نانوکپسول‌ها حامل‌های هوشمند حساس‌دوتایی با پوسته پلی‌آکریلیک‌اسید حساس به pH و پوسته پلی(2- هیدروکسی‌اتیل‌متیلاکریلات) حساس به دما با دمای انتقال فاز نزدیک به دمای بدن هستند.برای این کار، ابتدا نانوذرات سیلیکا در طی 2 مرحله با 2 عامل اصلاح‌کننده سطحی متفاوت اصلاح شدند و شروع‌کننده پلیمریزاسیون رادیکالی انتقال اتم (ATRP) روی سطح ذرات پیوند خورد. سپس، با استفاده از تکنیک ATRP پلیمریزاسیون مونومر متیل‌اکریلات روی سطح نانوذرات انجام گرفت و با استفاده از ماکروشروع‌کننده‌های حاصل،پلی(2- هیدروکسی‌اتیل‌متاکریلات) به عنوان پوسته دوم سنتز شد. هیدرولیز پوسته پلی‌متیل‌اکریلات به منظور ایجاد پلی‌اکریلیک‌اسید و سپس شبکه‌ای‌شدن این پوسته به منظور حفظ ساختار انجام و بعد از حذف هسته سیلیکا ساختار مورد نظر حاصل شد. در روش دوم، برای استفاده از تکنیک پلیمریزاسیون RAFT جهت ایجاد نانوذرات با پوسته‌های پلیمری، از واکنش عامل RAFT بیس‌تیوبنزویل‌دی‌سولفاید با نانوذرات اصلاح‌شده استفاده و شروع‌کننده ATRP به عامل انتقال پلیمریزاسیون RAFT تبدیل شد. سپس، به ترتیب پلیمریزاسیون‌های آکریلیک‌اسید و
2- هیدروکسی‌اتیل‌متاکریلات بر روی سطح نانوذرات انجام شدند.به منظور ایجاد ساختاری پایدار، پوسته اول یعنی پلی‌آکریلیک‌اسید شبکه‌ای و سپس، به منظور ایجاد نانوکپسول‌های پلیمری، هسته سیلیکایی نانوذرات توسط HF خارج‌ شد.

از آزمون FTIR برای شناسایی گروه‌های عاملی عوامل اصلاح و نیز پلیمرهای پیوندخورده به سطح نانوذرات استفاده شد. همچنین آزمون ¹H-NMR برای شناسایی پلیمرهای سنتزشده به کار رفت. آزمون TGA برای تعیین کمی مقادیر اصلاح‌کننده‌ها و پلیمرهای پیوندخورده به سطح وآزمون SEM به منظور بررسی ساختار ظاهری نانوذرات خالص و نیز نانوذرات اصلاح‌شده استفاده شد. نتایج ساختار کروی نانوذرات در همه نمونه‌ها و و نیز افزایش قطر نانوذرات پس از هر مرحله پلیمریزاسیون را به خوبی نشان داد. تصاویر TEM ساختار هسته- پوسته نانوذرات پس از پلیمریزاسیون و نیز ساختار کپسولی (میان‌تهی) را پس از فرآیند خارج‌سازی هسته سیلیکا به خوبی نشان می‌دهند.

کلیدواژه‌ها: ATRP، RAFT، هسته- پوسته، نانوکپسول، پلی‌اکریلیک‌اسید،
پلی(2- هیدروکسی‌اتیل‌متاکریلات)

فهرست مطالب

فهرست مطالب… ‌ج

فصل اول: 1

مروری بر منابع. 1

1-1- پلیمریزاسیون رادیکال آزاد کنترل‌شده/ زنده 2

1-1-1- مقدمه. 2

1-1-2- پلیمریزاسیون کنترل‌شده/”زنده” از طریق روش NMP. 3

1-1-3- پلیمریزاسیون کنترل‌شده/”زنده” از طریق روش ATRP. 9

1-1-4- پلیمریزاسیون کنترل‌شده/ “زنده” از طریق روش RAFT. 12

1-1-5- پلیمریزاسیون کاتالیستی انتقال زنجیر برگشت‌پذیر (RTCP) 19

1-2- استفاده از پلیمریزاسیون کنترل‌شده/”زنده” برای تهیه نانوکامپوزیت‌ها 20

1-2-1- روش “پیوند به”. 21

1-2-2- روش پلیمریزاسیون آغازشده از سطح.. 23

1-2-3- روش “پیوند به واسطه”. 33

1-3- پلیمرهای حرارت پاسخگو. 35

1-3-1- مقدمه. 35

1-3-2- روش های بررسی پلیمرهای حرارت‌پاسخگو در محلول. 37

1-4- پلی‌آکریلیک‌اسید. 40

1-4-1- مقدمه. 40

1-4-2- پلیمریزاسیون مستقیم آکریلیک‌اسید. 43

1-4-3- کوپلیمرهای آکریلیک‌اسید. 43

1-5- پلی‌(2- هیدروکسی‌اتیل‌متاکریلات) 46

فصل دوم: 49

مواد، روش‌ها و تجهیزات… 49

2-1- مقدمه. 50

2-2- مواد. 50

2-2-1- مونومرها 51

2-2-2- نانوذره 51

2-2-3- حلال‌ها 51

2-2-4- شروع‌کننده 52

2-2-5- اصلاح‌کننده‌های سطحی.. 52

2-2-6- عامل RAFT. 53

2-2-7- سایر مواد. 53

2-3- تجهیزات… 54

2-3-1- سامانه صاف‌کردن مخلوط‌ها در فرآیندهای مختلف… 54

2-3-2- راکتور. 54

2-3-3- آون. 55

2-3-4- سانتریفیوژ. 55

2-3-5- اولتراسونیکاسیون. 56

2-4- آنالیزها و دستگاه‌های شناسایی.. 57

2-4-1- طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه. 57

2-4-2- وزن‌سنجی حرارتی.. 57

2-4-3- پراکنش نور دینامیکی.. 58

2-4-4- میکروسکوپ الکترونی عبوری.. 58

2-4-5- میکروسکوپ الکترونی روبشی.. 59

2-4-6- رزونانس مغناطیسی هسته. 59

2-5- اصلاح سطح نانوذرات سیلیکا 59

2-5-1- آمین‌دارکردن سطح نانوذرات… 59

2-5-2- برم‌دارکردن سطح نانوذرات (نشاندن شروع‌کننده ATRP) 60

2-5-3- تبدیل شروع‌کننده ATRP به عامل RAFT. 62

2-6- واکنش‌های پلیمریزاسیون. 63

2-6-1- استفاده از روش ATRP. 63

2-6-2- استفاده از روش پلیمریزاسیون RAFT. 65

2-7- شبکه‌ای‌کردن پلی‌آکریلیک‌اسید. 67

2-8- حذف هسته سیلیکا و تهیه نانوذرات کروی توخالی شاخه‌دار. 68

فصل سوم. 69

نتایج و بحث… 69

3-1- تحلیل داده‌های FTIR.. 70

3-1-1- نشاندن گروه‌های آمینی و شروع‌کننده ATRP روی سطح نانوذرات… 70

3-1-2- پلیمریزاسیون متیل‌اکریلات با روش ATRP. 71

3-1-3- افزودن قطعه  PHEMAبه PMA پیوندخورده به سطح با پلیمریزاسیون ATRP. 71

3-1-4- هیدرولیز PMA و تبدیل آن به PAA.. 72

3-1-5- پلیمریزاسیون آکریلیک‌اسید با روش RAFT. 73

3-1-6- سنتز قطعه PHEMA با روش RAFT. 73

3-2- تحلیل داده‌های آزمون TGA.. 74

3-3- بررسی ساختار نانوذرات با استفاده از تصاویر TEM.. 76

3-3-1- ساختارنانوذرات سنتز شده به روش ATRP. 76

3-3-2- ساختارنانوذرات سنتز شده به روش RAFT. 77

3-4- بررسی نانوذرات با استفاده از تصاویر SEM.. 78

3-4-1- بررسی نانوذرات تشکیل شده به روش ATRP. 78

3-4-2- بررسی مورفولوژیکی نانوذرات تشکیل شده به روش RAFT. 79

3-5- تحلیل داده‌های طیف‌سنجی ¹H-NMR.. 82

نتیجه گیری.. 85

مراجع. 87

– مقدمه

در دو دهه گذشته، برخی از روش‌های پلیمریزاسیون که تطبیق‌پذیری روش رادیکال آزاد را با کنترل پلیمریزاسیون آنیونی ترکیب کرده‌اند، ابداع شده‌اند. این روش‌ها به‌عنوان پلیمریزاسیون رادیکال آزاد کنترل‌شده/”زنده”[1] شناخته شده‌اند و بر دو اصل اختتام برگشت‌پذیر و انتقال برگشت‌پذیر استواراند. پلیمریزاسیون با واسطه نیتروکسید^[2] [1-3] و پلیمریزاسیون رادیکالی با انتقال اتم^[3] [4] مثال‌هایی از اختتام برگشت‌پذیر هستند در حالی که روش پلیمریزاسیون انتقال زنجیر افزایشی- جدایشی برگشت‌پذیر^[4] [5-6] نمونه‌ای از انتقال برگشت‌پذیر است. در اختتام برگشت‌پذیر، انتهای زنجیر پلیمر با یک ترکیب شیمیایی که می‌تواند به صورت برگشت‌پذیری متحمل تجزیه شیمیایی گردد، پوشیده می‌شود. در روش NMP، این ترکیب یک گروه نیتروکسید است، درحالی که در ATRP، یک هالید به گونه‌ای برگشت‌پذیر به یک کمپلکس فلز واسطه^[5] انتقال می‌یابد. در فرآیندهای بر پایه انتقال برگشت‌پذیر، تعویض سریع رادیکال‌های در حال رشد از طریق عامل انتقال وجود دارد. در فرآیند RAFT ترکیبات تیوکربونیل‌تیو^[6] مسئول این تعویض هستند و این تعویض از طریق ایجاد یک رادیکال واسطه انجام می‌شود.

از میان سه روش موجود، فرآیند RAFT قویترین روش برای برای بهبود خواص است. این روش به وجود ناخالصی در سامانه زیاد حساس نیست و با دامنه وسیعی از مونومرها و شرایط واکنشی سازگار است [5-10]. به علاوه، فرآیند RAFT قادر است پلیمریزاسیون را در محیط‌های پراکنده آبی کنترل کند
[11-14]، در حالی که NMP و ATRP تا حدودی برای این هدف مناسب نیستند. در هر دو این موارد، شرکت‌کردن نیتروکسید یا کمپلکس فلز واسطه بین فاز آبی و آلی دلیل این امر است که شدیداً بر پلیمریزاسیون اثر می‌گذارد [15-17]. علاوه بر این، ناپایداری لاتکس و جدایی فازی برای سامانه‌های امولسیونی ATRP گزارش شده است [18].

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.