بخشی از مقاله
خلاصه
در این پژوهش نانوکامپوزیت های پلی آنیلین به روش شیمیایی با استفاده از آمونیوم پروکسی دی سولفات APS به عنوان اکسیدانت و پلی وینیل پیرولیدون PVP به عنوان پایدار کننده و تیتانیوم دی اکسید - TiO2 - به عنوان افزودنی تهیه شدند. ریزنگارهای SEM نشان می دادند که حضور پایدار کننده و اکسید فلزی نقش مهمی در مورفولوژی، اندازه و یکنواختی محصولات دارد. ساختار شیمیایی محصولات با استفاده از طیف سنج مادون قرمز مورد بررسی قرار گرفت، تجزیه و تحلیل طیف FTIR نشان داد که شدت پیک ها به PVP و مقدار غلظت آن بستگی دارد که دلیل آن تعاملات میان پلی آنیلین و پایدار کننده می باشد. طیف FTIR نشان داد که ذرات پلی وینیل پیرولیدون در محصولات موجود است. ماهیت کریستالی نانوکامپوزیت ها از طریق آنالیز XRD تعیین شد.
کلمات کلیدی: نانوکامپوزیت، پلی آنیلین، مورفولوژی، ساختار شیمیایی، پایدارکننده، تیتانیوم دی اکسید
.1 مقدمه
در بین پلیمرهای هادی پلی آنیلین به دلیل تولید آسان، خواص تنظیم شدنی، پایداری بهتر، ارزانی و سمی نبودن مونومر در مقایسه با سایر پلیمرهای رسانا، کاربرد بیشتری دارد. از این رو مطالعات گسترده ای در زمینه تهیه، مشخصات وکاربرد پلی آنیلین و کامپوزیت های آن انجام گرفته است .[1] کاربرد پلیمرهای رسانا از قبیل پلی آنیلین و پلی پیرول در تجهیزات پزشکی [2]، ماهیچه مصنوعی [3]، حسگرها [6-4]، انحراف امواج رادار [7]، باتری های قابل شارژ [8]، محافظت در برابر خوردگی [9]، غشا [10] و حذف فلزات سنگین [12-11] می باشد. مهمترین مانع برای استفاده های عملی از پلیمرهای رسانا شامل رسانایی کمتر نسبت به فلزاتی مانند مس، خواص مکانیکی نه چندان بالا، محلول نبودن در حلال های متداول آلی و عدم قابلیت ذوب شدن است که سبب محدود شدن توان فرآوری این پلیمرها شده است .[13] از جمله راه های موثر برای رفع این نقص ها، تهیه نانوکامپوزیت از پلیمرهای رسانا است که می تواند با استفاده از کامپوزیت کردن پلیمر رسانا و پلیمری با خواص مکانیکی مناسب در زمینه ی پلیمرهای رسانا تهیه گردد.[14] در کامپوزیت های حاصل از پلیمر رسانا و پلیمر معمولی با وجود بهبود خواص مکانیکی و فیزیکی، افت شدید رسانایی نسبت به پلیمر خالص مشاهده می شود که این موضوع باعث به حاشیه رفتن خاصیت رسانایی حاصل می شود پس استفاده از نانو مواد برای بهبود خواص پلیمر های رسانا مورد توجه واقع شده است چون با انتخاب و استفاده از نانو ماده مناسب می توان کامپوزیتی تهیه نمود که هم دارای خاصیت مکانیکی مطلوبی است و هم از قابلیت رسانایی بالایی برخوردار است .[16-15]
.2 مواد
مونومر آنیلین، آمونیوم پروکسی دی سولفات APS، پلی وینیل پیرولیدون M.W= 105 ، اکسید تیتانیوم و اسید سولفوریک همگی از نوع آزمایشگاهی و از شرکت مرک آلمان تهیه شدند. همچنین در تمام آزمایشات از آب مقطر استفاده شد. همه ی مواد شیمیایی به کاربرده شده دارای خلوص زیاد بوده و بدون خالص سازی بیشتر مصرف شدند، به جز مونومر آنیلین که قبل از استفاده تقطیر و در یخچال نگهداری شد.
.3 دستگاه ها
در این پژوهش، از ترازوی دیجیتال - مدل FR200، آلمان - ، همزن مغناطیسی - مدل MK20، آلمان - ، میکروسکوپ الکترونی - مدل AIS2100، کره جنوبی - ، دستگاه XRD - مدل EQUNIOX3000 ، فرانسه - ، طیف سنج FTIR - مدل Nexus 670، آمریکا - و آون - مدل Binder - FD 23، آمریکا - استفاده شده است.
تجربی
.4روش ها
1-4 تهیه پلی آنیلین در محیط آبی
برای تهیه پلی آنیلین به روش شیمیایی، ابتدا مقدار ٌ گرم APSبا استفاده از ترازو دیجیتال وزن شد و به ارلن حاوی ًًٌ سی سی اسید سولفوریک ٌ مولار اضافه شد - نوع اسید مورد استفاده نقش بسیار تعیین کننده ای در هدایت الکتریکی، مورفولوژی و خواص پلیمر حاصل دارد - . و به مدت ٌِ دقیقه روی دستگاه همزن مغناطیسی قرارداده شد تاکاملاً حل گردد.
سپس مقدار ٌ سی سی مونومر آنیلین تقطیر شده را به صورت قطره قطره به محلول اضافه و با اضافه کردن مونومر آنیلین تقطیر شده شاهد تغییر رنگ محلول بوده که این موضوع نشانگر آغاز واکنش می باشد، رنگ سبز تیره تمامی نمونه ها نشان دهنده تبدیل مونومر به پلیمر بوده و همچنین نشانگر خاصیت هدایت الکتریکی ذرات پلی آنیلین می باشد. سپس محلول به مدت 4ساعت روی دستگاه همزن مغناطیسی - با سرعت چرخش حدود - 400 rpm قرار داده شد تا پلیمر تشکیل گردد. بعد از گذشت 4ساعت محلول را صاف و به منظور حذف ناخالصی ها و الیگومرهای موجود، پلیمر به دست آمده چند مرتبه با استفاده از آب مقطر شستشو داده شد. سپس پلی آنیلین به دست آمده را روی شیشه ساعت گذاشته و داخل دستگاه آون با تنظیم دمای 60درجه سانتیگراد قرار داده تا خشک گردد. بعد از انجام پروسه ی خشک شدن پلیمر درون ظرف دربسته نگهداری شده است؟
2-4 تهیه نانوکامپوزیت پلی آنیلین با استفاده از تیتانیوم دی اکسید و پایدار کننده PVP در محیط آبی
ابتدا پایدار کننده PVPرا وزن نموده و به ِْ سی سی اسیدسولفوریک ٌ مولار اضافه می نماییم و به مدت حدود 30دقیقه روی دستگاه همزن مغناطیسی قرار داده تاکاملاً حل شود، سپس مقدار 0/5 گرم اکسید تیتانیوم را وزن نموده و به محلول اضافه و اجازه می دهیم تا در اثر بهم زدن محلول یکنواخت گردد. سپس 1گرم APSرا وزن نموده و به 25سی سی اسید سولفوریک ٌ مولار اضافه و به مدت ِ دقیقه روی دستگاه همزن مغناطیسی قرار داده تاکاملاً حل شود. حال محلول APS را به محلول حاوی PVPو تیتانیوم دی اکسید اضافه و 15دقیقه به آن زمان می دهیم تا روی دستگاه همزن مغناطیسی همزده شود. سپس 1سی سی مونومر آنیلین تقطیر شده را به صورت قطره قطره به محلول افزوده، با افزودن مونومر شاهد تغییر رنگ محلول خواهیم بود که این موضوع نشانگر آغاز واکنش می باشد. حال باید محلول را به مدت 4 ساعت روی دستگاه همزن مغناطیسی - با سرعت چرخش حدود rpmًً - 4 قرار دهیم. بعد از گذشت 4ساعت محلول را صاف و به منظور حذف ناخالصی ها و الیگومرهای موجود می بایست نانوکامپوزیت به دست آمده را چند مرتبه با استفاده از آب مقطر شستشو دهیم. پس از صاف شدن ، نانوکامپوزیت به دست آمده را روی شیشه ساعت گذاشته و داخل دستگاه آون با تنظیم دمای 60درجه سانتیگراد قرار می دهیم تا خشک گردد. بعد از انجام پروسه خشک شدن نانوکامپوزیت درون ظرف دربسته نگهداری میگردد.
.5 نتایج و بحث
روش شیمیایی می تواند روشی کلی و مفید برای آماده سازی پلیمر رسانا و نانوکامپوزیت های آن باشد . به منظور بررسی مورفولوژی ، اندازه و همچنین یکنواختی ذرات از میکروسکوپ الکترونی SEM استفاده شد. تصویر 1 مربوط به پلی آنیلین تهیه شده در محیط آبی بدون حضور پایدارکننده می باشد. نتایج حاصل از مقایسه شکل های 1 و 2 گویای تأثیر حضور پایدار کننده بر اندازه، شکل و یکنواختی ذرات می باشد. پایدار کننده به وسیله پیوند فیزیکی و شیمیایی جذب پلیمر شده و بر شکل و اندازه ذرات محصول تأثیر می گذارد. نتیجه حاصل، براین نکته تأکید داشت که استفاده از پایدار کننده بر یکنواختی ، ریزتر و کروی تر شدن ذرات تأثیر چشمگیری دارد چون از به هم پیوستن ذرات جلوگیری می کند در جدول 1 تاثیر حضور پایدارکننده بر میانگین اندازه ذرات بر این نکته تاکید دارد که حضور PVP سبب کاهش اندازه ذرات میگردد. همچنین حضور اکسید فلزی مربوطه نیز در ریزتر شدن اندازه ذرات موثر می باشد و این نکته در جدول2 از طریق محاسبه اندازه متوسط ذرات نانو کامپوزیت حاوی اکسید فلزی مشخص شده است.
