SUPERVISOR
Mehran Ghiaci,Shadpour Mallakpour,Mortaza Sadeghi
مهران غیاثی (استاد مشاور) شادپور ملک پور (استاد راهنما) مرتضی صادقی (استاد مشاور)
STUDENT
Mehdi Hatami
مهدی حاتمی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده شیمی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1386
TITLE
Synthesis and characterization of novel high performance nanocomposites containing different amino acids based on nano zinc oxide and nano titanium dioxide
Polymer based nanocomposites are classified as an important materials, which were developed in recent years. The main goals of this project are the preparation of high performance nanocomposites based on metal oxide nanoparticles (ZnO and TiO 2 ) and optically active polymers. Among the different polymers, polyamides (PA), polyimides (PI) and poly(amide-imide)s (PAI) show great interest due to the unexpected chemical and physical properties. These materials can be excellent candidates for using in nanocomposites as matrixes. The PAIs structures in this project were designed based on the diamines and diacid chlorides. The reaction of the mono amine containing compounds with 3,5-dinitrobenzoyl chloride caused to preparation of dinitro benzamide compounds. The catalytic reductions of nitro groups produced compounds 3,5-diamino- N -(4-hydroxyphenyl) benzamide(1) and 3,5-diamino- N -(3,4-dihydroxyphenethyl)benzamide(2) as diamines. The formations of diamines were confirmed by NMR in dimethy sulfoxide. The symmetric diacid chloride compounds were synthesized in two steps. In the first step, condensation reaction of dianhydride and two moles of different L -amino acids including alanine, phenylalanine, leucine, isoleucine and valine were achieved, and in the second step, reaction of prepared imide acids with thionyl chlorides caused to preparation of diacid chloride compounds. New aromatic-aliphatic PAIs with benzamide pendant substituted groups have been synthesized in one step from the condensation reaction of equimolar amounts of the diamines and diacid chlorides in DMAc as a solvent in the presence of propylene oxide as an acid scavenger at low temperature. All PAIs were obtained in high yields 78% and were characterized by common spectroscopic methods such as FT-IR, 1 H-NMR and elemental analysis. In other part of the project polymer/metal oxide nanocomposites have been prepared by introduction of nanoparticles (NP)s in polymer matrixes. For this propose, in order to increase the compatibility of nanomaterials with polymer matrixes the surfaces of were treated with silane coupling agents. The ZnO were modified with ?-methacryloxypropyltrimethoxy silane (KH570) and ?-aminopropyltriethoxysilane (KH550). Also TiO 2 were treated with KH550. Two polymeric structures based on phenyalanine (BP) and isoleucine (BI) amino acid containing linkages were selected as matrixes. Then PAI-BP/ZnO-KH550, PAI-BI/ZnO-KH550, PAI-BP/ZnO-KH570, PAI-BI/ZnO-KH570 for ZnO and PAI-BP/TiO 2 -KH550 nanocomposites (NCs) for TiO 2 were synthesized under ultrasonic process. The resulting NCs were characterized by various techniques including FT-IR, X-ray diffraction )XRD( and their morphology were iected by field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) and transmission electron microscopy (TEM). The FE-SEM and TEM results showed that, these particles have a mean diameter below than 85 nm and generally have fine edges. FE-SEM and TEM micrographs demonstrated uniform nanostructure inorganic moieties in polymeric matrix and confirmed that the metal oxide were presented in nanoscale in NCs structures. The discovery of the atomic force microscope (AFM) has offered new chances for obtaining three-dimensional high resolution images under ambient conditions to investigation of surfaces of materials like NCs structures. It appeared that with introducing the metal oxide in polymer matrix the hills of surface due to the residual of the in the surface were increased.
ساختارهای پلیمری از مهمترین دسته از ماتریسها برای تولید کامپوزیت ها محسوب می شوند. در سالهای اخیر توجه به بهینه سازی خواص کامپوزیت های ساخته شده با استفاده از پرکننده های در مقیاس میکرومتری با محدودیت هایی مواجه شده است. از این موارد می توان به عیوب بسیار ریز ناشی از تجمع ذرات که منجر به شکست و از هم گسستگی ساختاری می گردد اشاره کرد. در سالهای اخیر بینش متفاوتی برای رفع مشکلات مربوط به کامپوزیت های با پرکننده های در مقیاس میکرومتری گشوده شده است و آن ساخت کامپوزیت هایی با پر کننده های در مقیاس نانومتری می باشد که به عنوان نانوکامپوزیت ها شناخته شده اند. در این ساختارها، پرکننده ها حداقل در یک بعد، دارای ابعادی زیر یک صد نانومتر میباشند. طراحی نانوکامپوزیت ها با بکارگیری پلیمرهای عامل دار برای افزایش اثربخشی توزیع نانومواد در ماتریس پلیمری، یکی از مهمترین نکات در این زمینه می باشد که از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. استفاده از پلیمرهای مقاوم حرارتی از جمله پلی آمیدها، پلی (ایمید)ها و پلی (آمید-ایمید)ها در این زمینه به دلیل خواص مطلوب این پلیمرها از جذابیت ویژه ای برخوردار بوده است. به همین دلیل در این پروژه تحقیقاتی، نانوکامپوزیت های باکارایی بالای نوین بر پایه استفاده از ماتریسهای پلی(آمید-ایمید)ی مشتق شده از آمینو اسیدهای طبیعی شامل فنیل آلانین، آلانین، والین، لوسین و ایزولوسین و نانوذراتی چون اکسید روی و دی اکسید تیتانیوم سنتز گردیدند. ماتریسهای پلی(آمید-ایمید)ی از طریق پلیمرشدن تراکمی دی اسید کلرایدهای فعال نوری با دی آمینهای حاوی گروه های حجیم آویزان تهیه شدند. همچنین ساختار شیمیایی پلیمرها با استفاده از طیفسنجی FT-IR، H-NMR 1 و آنالیز عنصری مورد شناسایی و ارزیابی قرار گرفتند. خواص فیزیکی پلیمرها مورد ارزیابی قرار داده شد. بعد از تایید ساختار و بررسی خواص مختلف پلیمرهای سنتز شده دربخش بعدی پروژه، با استفاده از فرآیندهایی، سطح نانوذرات اصلاح شده و با استفاده از امواج فراصوت نانوکامپوزیت های بر پایه نانوذرات معدنی اکسید روی و دی اکسید تیتانیوم تهیه گردیدند. به منظور اصلاح سطح نانوذرات ZnO، از معرف های گاما-متاکریلوکسی پروپیل تری متوکسی سیلان(570KH) و گاما-آمینوپروپیل-تریاتوکسی سیلان(550KH) استفاده گردید. از معرف550KH نیز برای اصلاح سطح نانوذرات دی اکسید تیتانیوم استفاده شد. نانوکامپوزیت های تهیه شده با استفاده از تکنیکهای متفاوتی از جمله طیفسنجی FT-IR، XRD ،AFM، FE-SEM و TEM بررسی شدند. میکروگرافهای اخذ شده از FE-SEM و TEMدر نانوکامپوزیتهای مربوط به نانوذرات اصلاح شده اکسید روی و دی اکسید تیتانیوم نشان داده اند که نانوذرات به صورت همگون در ماتریس پلیمر پراکنده شده اند. به منظور بررسی رفتار حرارتی نانوکامپوزیت ها از آنالیز TGA استفاده گردید. اطلاعات بدست امده از آنالیز TGA نشان داد که خواص حرارتی نانوکامپوزیتها با افزایش محتوای نانو ذرات بهبود پیدا کرده است.