مهندسيعلمي ـ پژوهشي

تهيه و بررسي ويژگيهای نانوکامپوزيت پلي وينيل پيروليدون ـ نانولوله کربن چند ديواره دارای گروه کربوکسيل

فاطمه حقيقت
گروه مهندسی شيمی، واحد شاهرود، دانشگاه آزاد اسلامی، شاهرود، ايران

مسعود مختاري*+
گروه شيمی، واحد رشت، دانشگاه آزاد اسلامی، رشت، ايران

سعيد مرتضوي
گروه مهندسی شيمی، واحد شاهرود، دانشگاه آزاد اسلامی، شاهرود، ايران

چكيده: نانوکامپوزيت پلی وينيل پيروليدون (PVP)/ نانولوله کربن داراي گروه عاملی کربوکسيل -(MWCNTCOOH)، در محيط آبی تهيه شد. ساختار ،ريخت شناسی، ويژگیهاي گرمايی نانوکامپوزيت PVP/MWCNT-COOH به وسيله فناوريهاي TGA ،SEM ،FT-IR و DSC بررسی شد. براساس آناليز DSC، دماي انتقال شيشه اي C˚951 براي نمونه )PVP/MWCNT-COOH )%5 w/w بهدست .آمد افزودن )MWCNT-COOH )%5 w/w به PVP پايداري گرمايی پليمر را تا دماي C ˚044 که در دمانگاشت TGA ديده شده است، افزايش داد. طيف FT-IR تشکيل پيوند هيدروژنی را بين MWCNT-COOH و PVP در نانوکامپوزيت )PVP/MWCNT-COOH )%5 w/w تأييد کرده است. تصويرهاي SEM نانوکامپوزيت )PVP/MWCNT-COOH )%5 w/w به طور روشن توزيع MWCNT-COOH را در ماتريس پليمر نشان داد.
واژههاي كليدي: پلی وينيل پيروليدون؛ نانولوله کربن چند ديواره کربوکسيل دار؛ نانوکامپوزيت،؛ دماي انتقال شيشها .ي
KEYWORDS: Polyvinylpyrrolidone; MWCNT-COOH; Nanocomposite; Glass transition temperature.

مقدمه
کامپوزيتهاي پليمري و آميزههايي که پليمر به عنوان و گوناگون مواد کامپوزيتي، از آنها در پيلهاي سوختي، باتريها ماتريس براي پرکنندههاي معدني، آلي يا کربن به کار برده مي شوند، و نيز به عنوان الکترود در ابر خازنهاي الکتروشيميايي استفاده تأثير زيادي به عنوان مواد مهندسي دارند و به صورت گسترده ميشود [1]. بيشتر کربن، ليفهاي شيشه و رزينهاي فنولي وارد در فراوردههاي تجاري استفاده مي شوند. در کنار کاربردهاي بسيار پليمر ميشوند و در نتيجه سبب بهبود چشمگيري در ويژگيهاي مکانيکي،

+E-mail: [email protected]@iaurasht.ac.ir عهده دار مکاتبات *

شامل استحکام ضربه، استحکام کششي و مدول نسبت به پليمر پر نشده ميشوند. پژوهشهايي که بر روي کامپوزيتهاي پليمري نانولوله چند ديواره انجام شده است، نشان ميدهند که ويژگيهاي مکانيکي اين کامپوزيتهاي پليمري نسبت به پليمرهاي عادي، به دليل استحکام و مدول بالاي آنها، بهبود يافته است [5-2]. پيشرفتهاي قابل ديدني براي تهيه فيلمها [6] و ليفهاي کامپوزيتي نانولوله کربن/ پليمر صورت گرفته است [7]. همچنين مطالعه کامپوزيتها براي پليمرهاي نيمه بلوري [8]، بيشکل [9]، رزينهاي گرما سخت [11]، پليمرهاي محلول در آب [11]، پليمرهاي بلور ـ مايع [12] و پليمرهاي داراي پيوندهاي دوگانه مزدوج [11] توسعه داده شده است. در نتيجه برهمکنش بين نانولوله و پليمر ،ويژگيهاي شامل مدول کششي [11]، استحکام کششي [15]، مدول پيچشي [16]، استحکام فشاري [17]، چقرمگي [18]، دماي انتقال شيشهاي [19]، هدايت الکتريکي [21]، هدايت حرارتي [21] و مقاومت در برابر حلال [22] افزايشِ يافته است.
نانولولههاي کربن پيوند شده با پليمر بهطور ويژِه براي تهيه نانوکامپوزيتهاي پليمر/ نانولوله کربن(CNT) داراي اهميت هستند [21،21]. نانولوله کربن داراي گروه عاملي کربوکسيليک ، ميتواند براي اتصال پليمرهاي داراي گروه عاملي آمينو ، با تشکيل پيوند آميدي بهکار گرفته شود [25]. بهعنوان نمونه، نانولولههاي کربن پيوند شده به پليمر/ ميتوانند با پيوند کووالانسي
نانولولهها به پليمرهاي خطي بسيار انحلالپذير مانند پلي )پروپيونيل اتيلن ايمين ـ کو ـ اتيلن ايمين( (PPEI-EI)، با اتصال آميدي يا پلي)وينيل استات ـ کو ـ وينيل الکل((PVA-VA) با پيوند استري، تشکيل شوند [26]. پلي وينيل پيروليدون (PVP) يک پليمر بيشکل است که به دليل دارا بودن ويژگيهايي مانند چسبندگي، سازگاري فيزيولوژيکي عالي، سميت پايين و انحلال پذيري مناسب در آب و بيشتر حلالهاي آلي، کاربردهاي گستردهاي در زمينه زيست پزشکي دارد [27]. افزون بر اين، پلي وينيل پيروليدون زيست سازگاري خوبي دارد و براي سالهاي زيادي به عنوان يک زيست ماده يا افزودني به کامپوزيتهاي دارويي به عنوان يک منبسط کننده پلاسماي خون [28] کاربرد داشته است. در سالهاي اخير تعدادي روشهاي مؤثر براي تهيه نانوکامپوزيتهاي پلي وينيل پيروليدون گزارش شده است [11-29]. همچنين نانوالياف پلي وينيل پيروليدون داراي نانولوله کربن چند ديواره [11] و نانوالياف پلي وينيل پيروليدون داراي سلولز و نانوذرههاي نقره [15] به روش ريسندگي الکتريکي گزارش شده است. در ادامه پژوهشهاي ما در تهيه پلي وينيل پلي پيروليدون حاملتري فلوئوريد بور بهعنوان کاتاليزگر براي اکسايش آلدهيدها به اسيدهاي کربوکسيل و استرها [16]، در اين پژوهش نانوکامپوزيت پلي وينيل پيروليدون /نانولوله کربن چند ديواره داراي گروه عاملي کربوکسيل PVP/MWCNT-COOH)( در محيط آبي تهيه شد )شماي 1(.
همچنين ديده شد که نانوکامپوزيت )PVP/MWCNT-COOH )%5 w/w ويژگيهاي گرمايي پلي وينيل پيروليدون را بهبود داد.

بخش تجربي
مواد شيميايي و ابزارها
پلي وينيل پيروليدون با وزن مولکولي متوسط 11111، از شرکت سيگما-آلدريچ و نانولوله کربن داراي گروه عاملي کربوکسيل (MWCNT-COOH) با طول μm 11 و قطر خارجي nm 11-11 از شرکت نانو رادبهان خريداري شد. طيف بين فروسرخ تبديل فوريه (FT-IR) تنظيم شده در حالت عبور )مدل Shimadzu ،Sp-1111-p-uv-com( به صورت نمونه قرص با KBr گرفته شد. پايداري گرمايي با تجزيه وزن سنجي گرمايي )TGA، مدل Mettler Toledo( با سرعت گرمادهي C/min˚ 11 در گسترهي دمايي از دماي اتاق تا C°611 در محيط جو تعيين شد. دماي انتقال شيشه اي (Tg) به وسيله گرماسنج روبشي تفاضلي )Mettler Toledo ،DSC( با سرعت گرمادهي C/min°11 در گسترهي دمايي C° 111-1 اندازه گيري شد. آناليز ميکروسکوپ الکتروني روبشي (SEM) جهت بررسي مورفولوژي نمونه، با استفاده از دستگاه SEM) مدل (Vega انجام شد.

PVP/MWCNT-COOH )%5 w/w( تهيه نانوکامپوزيت
به يک محلول از پلي وينيل پيروليدون) 1 گرم(، در 11 ميلي ليتر
آب مقطر ،15/1 گرم نانولوله کربن داراي گروه عاملي کربوکسيل افزوده شد و به مدت چهار ساعت در دماي C°61 در حمام فراصوت مخلوط شد. سپس، مخلوط واکنش درون يک پتريديش ريخته شد و در دماي C° 81 در آون خشک شد .

نتيجهها و بحث
بررسي ويژگيهای نانوکامپوزيت PVP/MWCNT-COOH
طيف FT-IR پلي وينيل پيروليدون و نانوکامپوزيتهاي )PVP/MWCNT-COOH )%1 w/w ،%1 w/w ،%5w/w در شکل 1 نشان داده شده است. ارتعاش کششي پيوند C-N، ارتعاش کششي
161

شمای 1ـ مدل برهمکنش بين ملکولي PVP با MWCNT-COOH.

درصد
عبور

درصد

عبور

0111 3051 3511 3551 3111 5051 5511 5551 5111 1051 1511 1551 1111 051 511
عدد موج) -cm(

)%5w/w( )د( PVP/MWCNT-COOH )%3 w/w( )ج( PVP/MWCNT-COOH)%1w/w( )ب( ،PVP )الف( FT-IR شکل 1ـ طيف
.PVP/MWCNT-COOH

پيوند C=O، ارتعاش کششي متقارن و نامتقارن 2CH و ارتعاش کششي OH جذب آب در سطح پليمر بهواسطه تشکيل پيوند هيدروژني براي PVP خالص بترتيب در 1- cm -1 ،1617 cm -1 ،1288 cm 2881، بين گروه کربونيل PVP و گروه هيدروکسيل آب است [18].
-9915-2442453

)
ب
(

)
الف
(



قیمت: تومان

دسته بندی : شیمی و مهندسی شیمی

دیدگاهتان را بنویسید