بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق نتایج حاصل از سنتز پلی آنیلین در دو حالت خالص و کامپزیت با افزودنی پلی وینیل پیرولیدن - PVP - بحث و بررسی شد. با استفاده از تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - ، مورفولوژی - اندازه ذرات و یکنواختی آنها - محصولات سنتز شده بررسی شد. با بررسی نتایج مشخص شد که مورفولوژی به شدت تحت تأثیر نوع و غلظت مواد کمکی و افزودنی - پایدار کننده - است. استفاده از پایدار کننده سبب ریزتر شدن، کروی شدن اندازه ذرات و یکنواختی بیشتر آنها شد که این تأثیر با افزایش غلظت آنها افزایش پیدا کرد.
همچنین با استفاده از طیف سنجی مادون قرمز - FTIR - ساختمان شیمیایی ترکیبات تهیه شده بررسی شد. شدت پیک های ایجاد شده به نوع پایدار کننده، ماده افزودنی و غلظت های آنها وابسته است و آن به دلیل تعاملات میان پلی آنیلین و پایدار کننده است. با توجه به تصاویر FTIR دیده شد طول موج نمونه های دارای پایدار کننده نسبت به نمونه خالص به مقدار جزئی جابهجا شده است که این به دلیل برهم کنش مواد کمکی و افزودنی میباشد.
-1 مقدمه
پلی آنیلین یکی از پلیمرهای رسانا است که دامنه ی کاربردهای آن شامل الکتروکرم، باتری، حسگر - Sensor - ، شناساگر - Indicator - ، قطعات الکترونیکی، غشاهای زیست پزشکی - BiomedicalMembrane - ، وسایل تعویض یون و تشخیص نوترون - 1 - - NeutronDetection - ، شارژ دوباره باتری ها 2 - - ، رنگ هادی - 3 - ، ابزار نوری - 4 - - Opical devices - ، پوشش آنتی استاتیک - 5 - ، سپر در برابر دخالت الکترومغناطیسی - 6 - و حذف فلزات سمی از محلولهای آبی است - . - 7 یکی از عمده ترین کاربرد های تجاری پلی آنیلین در تهیه باتری های قابل شارژ و خازن هاست. در این باتری ها از پلیمر به عنوان الکترود فعال استفاده می شود، زیرا این پلیمر سبک، انعطاف پذیر و ظرفیت برگشت پذیر آن از لحاظ پذیرش و دادن بار های الکتریکی بسیار زیاد است 8 - و. - 9 همچنین پلی آنیلین دارای پایداری خوبی در مقابل عوامل محیطی، نظیر اکسیژن، آب و حرارات است.
این ماده عمدتاً جزء پلیمرهای بی شکل بوده و درصد بلورینگی در آن پایین است. رسانایی پلی آنیلن توسط درجه اکسایش زنجیر اصلی به وسیله پروتونه شدن قابل کنترل است. همچنین تغییرات رنگ متفاوتی را بسته به درجه اکسایش و pH محیط نشان می دهد. سنتز آن در مقیاس بزرگ نسبتا آسان و ارزان قیمت است؛ در اکثر حلالهای آلی نامحلول است و همین مسئله مصرف کنندگان را تاحدی دچار مشکل می کند. پلی آنیلین با روشهای خاصی قابل فرایند پذیری است. دو محدودیت عمده و مهم در پلی آنیلین رسانا وجود دارد که عبارت است از فرایند ناپذیری آن به روشهای متداول و خواص مکانیکی ضعیفش، که این محدودیتها می توانند با تهیه کامپوزیت ها وکوپلیمرهای پلی آنیلین برطرف شوند.
در این تحقیق سنتز پلی آنیلین با حضورPVP - پلی وینیل پیرولیدن - به عنوان ماده پایدار کننده صورت گرفت که به دلیل دارا بودن درصد بالای خاصیت پخش کنندگی یکنواختی محصول را به شدت بالا می برد و موجب بهبود خواص پلیمر می شود. همچنین با تهیه پلی آنیلین خالص به بررسی و مقایسه مورفولوژی، ساختمان شیمیایی و تاثیر غلظت پایدار کننده PVP پرداخته شد. واکنش پلیمریزاسیون به روش شیمیایی انجام شد، که در این روش مونومر توسط اکسنده در محلول اسیدی اکسید شده تشکیل پلیمر داده و رسوب می کند.
-2 تجربی
-1-2 مواد
در این پژوهش، همه مواد شیمیایی به کار برده شده به دلیل داشتن خلوص زیاد بدون خالص سازی بیشتر مصرف شدند، غیر از مونومر آنیلین که قبل از استفاده تقطیر و در یخچال نگهداری شد. همچنین، در تمامی آزمایش ها از آب مقطر بدون یون استفاده شد. مونومر آنیلین با جرم مولکولی 93/13 گرم بر مول به عنوان ماده مونومر، آمونیوم پروکسی دی سولفات - APS - با جرم مولکولی 228/2 گرم بر مول به عنوان ماده اکسیدان، پلی وینیل پیرولیدن - PVP - با جرم مولکولی 105 گرم بر مول به عنوان افزودنی پایدار کننده و اسید سولفوریک - H2SO4 - با جرم مولکولی 98 گرم بر مول به عنوان ماده دوپه کننده استفاده شدند. کلیه مواد استفاده شده از نوع آزمایشگاهی و از شرکت مرک آلمان تهیه شدند.
-2-2 دستگاه ها
برای انجام آزمایش ها ترازوی دیجیتال مدل RO 10P ساخت شرکت IKA-China، همزن مغناطیسی مدل PA 214 ساخت شرکت OHAUS-USA، دستگاه میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - مدل AIS 2100 ساخت شرکت Seron Technology-Korea، دستگاه طیف سنج FTIR مدل Nexus670 ساخت شرکت Thermo Nicolet-USA و دستگاه XRD مدل Equinox3000 ساخت شرکت INEL-France بکار گرفته شد.
-3 روش ها
-1-3 سنتز پلی آنیلین بدون پایدار کننده در محیط آبی ابتدا 945 cc آب مقطر را با 55 cc اسید سولفوریک % 98 درون یک بالن 1000cc مخلوط کرده تا محلول اسید یک مولار تهیه شود. آن گاه 100 cc از محلول اسید یک مولار را درون ارلن ریخته و1 gr آمونیوم پروکسی دی سولفات - APS - که آغازگر واکنش می باشد را به آن اضافه نموده و با استفاده از همزن مغناطیسی آن را کاملاً حل می کنیم. سپس 1 cc از آنیلین دو بار تقطیر شده را به صورت قطره قطره در حالی به محلول اضافه می کنیم که محلول مورد نظر با استفاده از هم زن مغناطیسی در حال اختلاط می باشد.
با افزودن 1 میلی لیتر مونومر آنیلین به صورت قطره قطره، محلول تغییر رنگ داده و بعد از چند دقیقه هم زدن رنگ محلول ابتدا بنفش کم رنگ و سپس به رنگ تیره در می آید که این تغییر رنگ نشان گر تبدیل مونومر به پلیمر است. پس از چهار ساعت هم زدن با دور همزن 500rpm، محلول را صاف و برای عاری کردن پلیمر از الیگومر ها و نا خالصی های موجود، پلیمر حاصل را چند مرتبه با آب بدون یون شست و شو داده و سر انجام محصول را یا در دمای اتاق و یا در گرماخانه با دمای 50 درجه سلسیوس خشک می نماییم.
-2-3 سنتز PVPPANi در محیط آبی با غلظت های متفاوت از پلی وینیل پیرولیدن
ابتدا 0/1 gr از پلی وینیل پیرولیدن را به 100 میلی لیتر از محلول تهیه شده - برای محیط آبی، اسید سولفوریک 1مولار و برای محیط آبی/غیرآبی، مخلوطی از 50 cc محلول اسید سولفوریک 2مولار و 50 cc متانول - اضافه می کنیم و پس از 15دقیقه هم زدن به وسیله همزن مغناطیسی، 1گرم آمونیوم پروکسی دی سولفات - APS - را به آن اضافه می کنیم و برروی همزن قرار می دهیم تا کاملاً حل شود.
سپس 1 میلی لیتر از مونومر آنیلین دوبار تقطیر شده را قطره قطره به آن اضافه می کنیم. بعد از مدت زمان کمی، محلول حاصل تغییر رنگ می دهد،که ابتدا بنفش و سپس به سبز تیره تغییر رنگ می دهد که این نشانه ی شروع فرایند است . پس از چهار ساعت هم زدن با دور همزن 500rpm در دمای اتاق، محصول حاصل را فیلتر کرده و جهت عاری کردن پلیمر از الیگومرها محصولات را با آب مقطر شستشو می دهیم.
-4 نتایج و بحث
برای بررسی شکل، اندازه و همچنین یکنواختی ذرات پلیمر، با کمک و استفاده از تصاویر برداشت شده با میکروسکوپ الکترونی، اثر ماده ی افزودنی روی اندازه، شکل و یکنواختی ذرات بررسی و در شکل های 1 - تا - 4 نشان داده شده است. همان طور که از شکل ها پیدا است پایدارکننده، سبب می شود کامپوزیت هایی با ذراتی ریزتر، یکنواخت تر و کروی سنتز شود. افزایش غلظت پایدار کننده نیز باعث افزایش میزان یکنواختی و همگن شدن پلیمر و نیز کاهش قطر ذرات و ریزتر شدن آن ها می گردد.
