SUPERVISOR
Amir Abdolmaleki,Shadpour Mallakpour
امیر عبد الملکی (استاد راهنما) شادپور ملک پور (استاد مشاور)
STUDENT
ZAHRA BAZYAR
زهرا بازیار
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1389
TITLE
Preparation and Characterization of Poly(benzimidazole-amide)/Ag, Cu, ZnO Nanocomposites Derived from Bisbenzimidazole
In this project, 1,4-bis(5-amino-1H-benzimidazol-2-yl)benzene and 1,3-bis(5-amino-1H-benzimidazol-2-yl)benzene, as novel monomers , containing benzimidazole group were prepared by the reaction of 1,2-phenyl diamine and terephthalic or isophthalic acid. Novel thermally stable aromatic poly( benzimidazole -amide )s )PBAs(, have been synthesized by low- temperature polycondensation of synthesized diamines and several different diacid chlorides. For this purpose, optimized conditions in term of reaction time and temperature were studied and the influence of the time of reaction on the inherent viscosity and the yield of the PBI were examined. The resulting PBIs exhibited good yields, high thermal stability with inherent viscosities ranging between 0.45 and 0.59 dL/g and are soluble in polar aprotic solvents. The synthetic polymers were characterized by FT-IR, 1 H-NMR, elemental and thermogravimetric analysis (TGA) techniques, differential scanning calorimetry (DSC), X-ray diffraction (XRD) and field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) analysis. Also novel aromatic poly(imide-benzimidazole)s, PBAs, have been synthesized by polycondensation of synthesized diamines and pyromellitic dianhydride. The resulting PBIs exhibited good yields with inherent viscosities ranging between 0.39 and 0.4dL/g and are soluble in polar aprotic solvents. The synthetic polymers were characterized by FT-IR, 1 H-NMR, elemental analysis. In order to existence of benzimidazole moieties in polymer’s structure, it is expected the polymers tend to complex formation with different metals. So, a series of novel nanocomposites, via sol gel complexation of synthesized poly(amide-benzimidazole) with Ag + or Cu 2+ ions followed by reduction to metals, were prepared. The resulting nanocomposites were characterized by FT-IR, XRD, TGA, FE-SEM, and TEM. The FE-SEM and TEM results indicated that the Cu and Ag particles were dispersed homogenously in nano scale in PBI matrix. Finally, to improve the dispersion and obtain the homogeneous distribution of ZnO nanoparticles in polymer matrix, the surface of nanoparticle was modified with silane coupling agent ?-aminopropyltriethoxyl silane )KH550) and was mixed with one of the prepared polymers. In this way, the organic chains of silane coupling agents can accomplish steric hindrance between inorganic nanoparticles and the process of agglomerate formation is extensively reduced as well as the hydrophobicity of the surface of nanosized ZnO is obviously enhanced. Novel poly(amide-benzimidazole)/ZnO nanocomposites (PBI/ZnO NCs) were prepared by embedding of different ZnO nanoparticle contents into polymer matrix via ultrasonic method as a facial and inexpensive route. The resulting nanocomposites were characterized by FT-IR, XRD, TGA, DSC, FE-SEM, SEM-EDX and transmission electron microscopy (TEM). From these results, it can be found that there is no primary chemical bonding between PBI and modified ZnO nanoparticles. Therefore, the comparatively weak interaction (secondary chemical bonding) such as hydrogen bonding between NH 2 groups of KH550 and N–H in PBI, unmodified –OH groups on the surface of ZnO nanoparticle with amide (C=O) and benzimidazole groups of PBI. Also, the FE-SEM and TEM results indicated that the ZnO particles were dispersed homogenously in nano scale in PBI matrix. TGA confirmed that the thermal stability properties of the polymer were improved.
در این پروژه تحقیقاتی، دی آمین های 1،4-بیس (5-آمینو-1-هیدروژن-بنزایمیدازول-2-ایل) بنزن (a3) و 1،3-بیس (5-آمینو-1-هیدروژن- بنزایمیدازول-2- ایل) بنزن (b3) به عنوان دو منومر از واکنش بین 1،2- فنیل دی آمین و ترفتالیک یا ایزوفتالیک اسید، تهیه شدند. سپس یک سری پلی آمید جدید بر پایه بنزایمیدازول از واکنش تراکمی دی آمین های جدید سنتز شده و دی اسیدکلرایدهای مختلف سنتز گردید. اثر برخی از متغیرهای واکنش بر ویژگیهای پلیمر مورد مطالعه قرار گرفت. بدین منظور طی واکنشهای متعددی شرایط واکنش از نظر زمانی و دمایی بهینه گردید و اثر زمان واکنش بر روی ویسکوزیته ذاتی و بازده پلیمرها مورد بررسی قرار گرفت. پلیمرهای به دست آمده بازده و پایداری حرارتی بسیار خوبی را نشان میدهند و ویسکوزیته ذاتی آنها در محدوده dL/g 59/0-45/0 میباشد. این پلیمرها، دارای حلالیت بسیار خوبی در حلالهای آلی قطبی بدون پروتون هستند. ساختار شیمیایی پلیمرهای سنتز شده با روشهای شناسایی از قبیلFT-IR ، 1 H-NMR ، آنالیز عنصری، آنالیز حرارتی TGA،XRD و FE-SEM شناسایی گردید. هم چنین، یکسری پلی ایمید جدید بر پایه بنزایمیدازول از واکنش تراکمی محلول دی آمین های جدید سنتز شده و پیروملتیک دی انیدرید سنتز گردید. اثر برخی از متغیرهای واکنش بر ویژگیهای فیزیکی آنها مورد مطالعه قرار گرفت. بدین منظور طی واکنشهای متعددی شرایط واکنش از نظر زمانی و دمایی بهینه گردید و اثر زمان واکنش بر روی ویسکوزیته ذاتی و بازده پلیمرها مطالعه شد. پلیمرهای به دست آمده بازده بسیار خوبی را نشان داده و ویسکوزیته ذاتی آنها در محدوده dL/g 4/0-39/0 میباشد. این پلیمرها، دارای حلالیت بسیار خوبی در حلالهای آلی قطبی بدون پروتون هستند. ساختار شیمیایی پلیمرهای سنتز شده با روشهای شناسایی از قبیلFT-IR ، 1 H-NMR آنالیز عنصری شناسایی گردید به دلیل وجود گروه های بنزایمیدازول در ساختار این منومرها و پلیمرهای تهیه شده، انتظار می رود این مواد به خوبی با فلزهای مختلف کمپلکس شوند، بنابراین، دربخش دیگر پروژه، یکی از پلی آمیدهای تهیه شده که دارای انحلال پذیری بهتری نسبت به سایر پلیمرها بود، انتخاب شد و با فلزات مس و نقره به روش سل ژل کمپلکس شد و سپس فلزات کمپلکس شده با پلیمر، احیاء گردید و نانوکامپوزیت های جدید سنتز گردید. نانوکامپوزیت های تهیه شده با روشهای شناسایی از قبیل FT-IR، XRD، FE-SEM،EDX -SEM، TEM، UV/vis و TGA مورد بررسی و مطالعه قرار گرفتند. نتایج FE-SEM و TEM حاکی از آن هستند که نانو ذرات مس و نقره به طور یکنواخت و در اندازه نانومتری در ماتریس پلیمری پراکنده شده اند. در بخش آخر، به منظور بهبود بخشیدن به پراکندگی نانوذرات ZnO در ماتریس پلیمری، سطح نانوذرات ZnO با عامل جفت کننده سایلان دار (گاما-آمینوپروپیل تری اتوکسی سایلان، KH550) اصلاح شده و با یکی از پلیمرهای تهیه شده واکنش داده شد. نانوکامپوزیت های پلی(آمید-بنزایمیدازول)/اکسیدروی جدید با اضافه کردن درصدهای مختلف ZnO به ماتریس پلیمری با استفاده از التراسونیک به عنوان یک روش ساده و ارزان تهیه گردیدند. نانوکامپوزیت های تهیه شده با روشهای شناسایی از قبیل FT-IR، XRD، FE-SEM، TEM، UV/vis و TGA مورد بررسی و مطالعه قرار گرفتند. نتایج FE-SEM و TEM حاکی از آن هستند که نانوذرات ZnO به طور یکنواخت و در اندازه نانومتری در ماتریس پلیمری پراکنده شده اند. بررسی پایداری حرارتی نانوکامپوزیتهای تهیه شده به کمک آنالیز TGA، بهبود خواص حرارتی پلیمر را تأیید کرد.