بخشی از مقاله
چکیده:
پلی ایمید به کار رفته به عنوان زمینه پلیمري در تهیه نانوکامپوزیت ها از طریق واکنش تراکمی بین 4،-1بیس - پارا آمینو فنوکسی - بوتان - 4 - و باي سیکلو 2]،2،-[2اکت--7ان-2،3،5،-6تترا کربوکسیلیک اسید دي انیدرید - 5 - تهیه شد و درصدهاي مختلف ارگانوکلی به عنوان ماده پرکننده به آن اضافه شد. ساختار و مورفولوژي نانوکامپوزیت هاي تهیه شده از طریق طیف سنجی مادون قرمز - FT-IR - ، پراش پرتو ایکس - XRD - و میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - مورد بررسی قرار گرفت. خواص گرمایی نانوکامپوزیت ها از طریق آنالیز گرمایی TGA-DTG بررسی و با خواص پلی ایمید اولیه مقایسه شد.
واژگان کلیدي: ارگانوکلی، گروههاي اتري، نانوکامپوزیت، پلی ایمید
مقدمه:
کامپوزیت به ماده اي گفته می شود که از دو یا چند جزء تشکیل شده است به طوري که این اجزاء در مقیاس ماکروسکوپی با هم خصوصیتی را ایجاد کنند که به تنهایی در هیچ یک از آن اجزاء موجود نباشد. در صورتی که حداقل، ابعاد یکی از اجزاي تشکیل دهنده کامپوزیت در مقیاس نانومتري قرار گیرد، به چنین ماده اي نانوکامپوزیت گفته می شود .[1]نایلون 6 اولین پلیمري بود که توسط شرکت تویوتا در سال 1990 براي تهیه نانوکامپوزیتها به کار گرفته شد، اما امروزه از پلیمرهاي ترموست و ترموپلاست به عنوان مادهي زمینه این نانوکامپوزیتها استفاده میگردد. نانوکامپوزیتها از دو فاز تشکیل میشوند. فاز اول ساختار بلوري دارد که زمینه یا ماتریس کامپوزیت به شمار میرود، این زمینه ممکن است از جنس پلیمر، فلز یا سرامیک باشد.
در فاز دوم ذراتی در مقیاس نانو به عنوان تقویت کننده براي استحکام، مقاومت، هدایت الکتریکی و... به فاز اول افزوده میشوند. بسته به اینکه زمینه نانوکامپوزیت از چه مادهاي تشکیل شده باشد، آن ها را به سه دسته پلیمري، فلزي و سرامیکی تقسیم بندي میکنند .[2-4]یکی از اجزاي اصلی تشکیل دهنده نانوکامپوزیت ها، که در برگیرندة اجزاء و فازهاي دیگر است، زمینه نانوکامپوزیت نامیده می شود. زمینه، درصد حجمی و وزنی بیشتري نسبت به دیگر اجزاي نانوکامپوزیت دارد و به صورت پیوسته می باشد. زمینه می تواند از جنس پلیمر، فلز یا سرامیک باشد. جزء دیگر تشکیل دهنده نانوکامپوزیت ها ذرات یا الیافی هستندکه درون ماده زمینه، توزیع می شوند و مواد پرکننده یا تقویت کننده نامیده می شوند.
مواد پر کننده سبب افزایش استحکام، مقاومت، هدایت الکتریکی و .... می شوند.پلی ایمیدها به دلیل ویژگی هاي منحصر به فرد حرارتی، مکانیکی و الکتریکی مورد مطالعات زیادي قرار گرفته اند به همین دلیل گزینه خوبی براي استفاده به عنوان جزء زمینه، در نانوکامپوزیت ها هستند 6]،.[5 در مقاله حاضر، با به کار بردن پلی ایمید به عنوان زمینه در تهیه نانوکامپوزیت، نانوکامپوزیت هاي پلی ایمید با مقادیر مختلف ارگانوکلاي تهیه شد و ساختار، خواص حرارتی و دیگر ویژگی هاي آنها مورد بررسی قرار گرفت.ارگانوکلاي مورد استفاده، لایه هاي سیلیکاتی مونت موریلونیت است که توسط نمک آمونیوم نوع چهارم کلوزیت 20A، اصلاح شده است.
مواد و تجهیزات مورد استفاده:
مواد مصرفی از شرکت هاي شیمیایی Merck ، Aldrich و Fluka خریداري شدند.طیف هاي جذب مادون قرمز توسط دستگاه 5000 Galaxy series FT-IR ثبت شده است. طیف هاي جامدات از طریق قرص KBr گرفته شده است. فرکانس هاي انتقالی ارتعاشی در واحد عدد موجی - cm-1 - می باشد. تجزیه حرارتی وزن سنجی - TGA - و مشتق حرارتی - DTG - پلیمرها تحت اتمسفر نیتروژن توسط دستگاه Dupont Thermal 2000 Analyzerدر پژوهشکده مهندسی وزارت جهاد کشاورزي، گروه آزمایشگاه هاي شیمی و پلیمر ثبت گردید.تصاویر میکروسکوپی الکترونی روبشی - SEM - نانوکامپوزیت هاي تهیه شده توسط دستگاه1455 LEO VP در پژوهشکده رنگ اندازه گیري شد. بررسی طیف سنجی پراش پرتو ایکس - XRD - نانوکامپوزیت ها، توسط دستگاه "X Pert Pw 3064 در دانشگاه اراك انجام شد. براي حرارت دادن نانوکامپوزیت هاي تهیه شده در فشار کاهش یافته از دستگاه آون خلأ مدل 400 Memert استفاده شد.
تهیه دي آمین 1،-4بیس - پارا آمینو فنوکسی - بوتان
براي تهیه دي آمین 1،-4بیس - پارا آمینو فنوکسی - بوتان - 4 - ، طبق دستورکارهاي قبل ابتدا ترکیب دي نیترو 1،-4بیس - پارا نیترو فنوکسی - بوتان - 3 - از طریق یک واکنش جانشینی نوکلئوفیلی، بین دو مول پارا نیترو فنول - 1 - و یک مول 1،-4دي برمو بوتان - 2 - تهیه شد. به این صورت که با جدا شدن هیدروژن گروه هیدروکسی ترکیب پارا نیترو فنول - که به دلیل حضور گروه کشنده نیترو در موقعیت پارا اسیدي تر شده است - ، در حضور باز ضعیف دو عاملی K2CO3، یون پارا نیتروفنوکسی تولید می شود که به عنوان نوکلئوفیل به برم هاي ترکیب 1،-4دي برمو بوتان حمله می کند و ترکیب دي نیترو - 3 - تهیه می شود .[7] در ادامه با استفاده از پالادیم/کربن در حضور هیدرازین ترکیب دي نیترو تهیه شده با راندمان بالایی احیا می شود - طرح . - 1
تهیه پلی ایمید:
0/27 گرم - یک میلی مول - دي آمین 4،-1بیس - پارا آمینو فنوکسی - بوتان - 4 - ، به همراه 1 میلی لیتر حلال -Nمتیل--2 پیرولیدون - NMP - ، در یک بالن 50 میلی لیتري، به مدت 30 دقیقه و تحت جو نیتروژن هم زده شد. سپس 0/21 گرم - یک میلی مول - دي انیدرید باي سیکلو - 5 - و 1 میلی لیتر NMP به مخلوط واکنش اضافه شد و محلول به مدت 24 ساعت، تحت جو نیترژون هم زده شد تا پلی آمیک اسید حاصل شود. پلی آمیک اسید تهیه شده که ویسکوز و به رنگ قهوه اي روشن بود درون پتري دیش ریخته شد و درون آون خلأ، تحت فشار کاهش یافته 200 میلی بار، با برنامه دمایی 2 ساعت در 80 °C ، 2 ساعت در 110 °C، 2 ساعت در 170 °C و 2 ساعت در200 °C حرارت داده شد تا هر بخش آمیک اسید با از دست دادن یک مولکول آب متراکم شده و گروه عاملی ایمیدي را تشکیل دهد - طرح . - 2 پلی ایمید به رنگ قهوه اي و به صورت فیلم شکننده تهیه شد.
تهیه نانوکامپوزیت هاي پلی ایمید-ارگانوکلاي با مقادیر 1، 3، و 5 درصد ارگانو کلاي - 6a-c -
نانوکامپوزیت هاي پلی ایمید-ارگانوکلاي با درصدهاي مختلف ارگانوکلاي - 6a-c - به روش محلول تهیه شدند، که براي تهیه آنها یک میلی مول دي آمین 1،-4بیس - پارا آمینو فنوکسی - بوتان - 4 - به همراه 1 میلی لیتر حلال –Nمتیل--2 پیرولیدون - NMP - ، درون بالن 50 میلی لیتري ریخته شد و تحت جو نیتروژن به مدت 30 دقیقه هم زده شد. سپس یک
