SUPERVISOR
Kazem Karami,Shadpour Mallakpour
کاظم کرمی (استاد مشاور) شادپور ملک پور (استاد راهنما)
STUDENT
Amin Zadehnazari
امین زاده نظری
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده شیمی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1388
TITLE
Synthesis and characterization of optically active nanostructured poly(amide-imide)s and bionanocomposites containing amino acid-functionalized multi-walled carbon nanotubes
In this research project, at first, a new series of optically active, nanostructured and thermally stable poly(amide-imide)s derived from 3,5-diamino- N -(4-hydroxyphenyl)benzamide and 3,5-diamino- N -(3,4-dihydroxyphenethyl)benzamide as diamine monomers via direct polycondensation reaction with different amino acid-containing diacids was prepared. Polymerization reactions were performed under two main methods: classical heating method and microwave irradiation. Solvents commonly used in chemical reactions are highly toxic and have adverse effects on human health and the environment pass. To prevent this, the polymerization reactions were carried out in tetrabutylammonium bromide as a molten ionic liquid salt and in the presence of triphenyl phosphite as the condensing agent. The effect of reaction variables on the physical properties of the prepared polymers was investigated. Structure of the obtained polymers was studied by Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), 1 H nuclear magnetic resonance, ultraviolet-visible, optical specific rotation and elemental analysis. Thermal stability of the polymers was studied using thermogravimetric analysis (TGA) technique. The obtained results showed that the polymers have good thermal stability. All of these polymers have very good solubility due to amino acid flexible components and large hangings, which prevents the polymer chains from approaching. These polymers are also capable to form traarent thin films. Crystallinity of the polymers was investigated by X-ray diffraction (XRD) technique. The diffraction patterns showed that the synthesized polymers were amorphous. This property is due to the presence of amide, imide, methyl and methylene flexible groups, which prevent the interaction between the polymer chains. The surface morphology of polymers was also studied by field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) analysis. The resulting images showed that the polymer particles were almost spherical with a diameter less than 100 nm. In the next section, polymer-based nanocomposites containing carboxylated multi-walled carbon nanotubes were prepared. By ultrasonic-assisted solution blending method, carbon nanotubes were dispersed in the polymer matrix with different weight percentages of 5, 10, and 15% by weight relative to the weight of the polymer and the related naocomposites were prepared. Composite thin films were fabricated by mixing of carbon nanotubes into the polymer solution and casting of it. The fabricated composites were investigated and studied by different analytical methods like FT-IR, XRD, TGA, FE-SEM and transmission electron microscopy (TEM). The obtained informations from TGA showed that the thermal stability of the nanocomposites was increased with the increasing of carbon nanotubes content. The mechanical properties of the nanocomposite films were also studied. The elastic modulus, tensile strength, and strain were obtained from this investigation. The results showed that with increase in weight percentage of nanotubes in the polymer matrix, the mechanical properties of the nanocomposites were improved. In another section of the project, carbon nanotubes were functionalized with natural amino acids under microwave irradiation. The formation of new functional groups was confirmed using different techniques. Then, S-valine-functionalized carbon nanotubes were used as fillers in the polymer matrix. A new series of chiral bionanocomposites were prepared. Structural characterization of the bionanocomposites was performed with different techniques. Thermal stability and mechanical properties of nanocomposite films resulted favorable data. The Obtained micrographs from FE-SEM and TEM depicted uniform dispersion of functionalized carbon nanotubes in the polymer matrix.
در این پروژه تحقیقاتی، ابتدا یکسری از پلی(آمید-ایمید)های فعال نوری نانوساختار و مقاوم حرارتی جدید مشتق شده از منومرهای دیآمین 3،5-دی آمینو N - (4-هیدروکسی فنیل)بنزآمید و 3،5-دی آمینو N - (3،4-دی هیدروکسی فنیل اتیل)بنزآمید از طریق پلیمرشدن تراکمی مستقیم با دی?اسیدهای حاوی اتصالات آمینواسیدی مختلف تهیه گردیدند. واکنش?های پلیمرشدن تحت دو روش کلی حرارت دهی معمولی و تابش ریز موج انجام شدند. حلالهای معمول مورد استفاده در واکنشهای شیمیایی دارای سمیت بالایی میباشند و اثرات زیان آوری بر محیط زیست و سلامتی انسان میگذارند. به منظور جلوگیری از این امر، واکنش?های پلیمرشدن در نمک مایع یونی مذاب تترا بوتیل آمونیم برماید و در حضور معرف تری فنیل فسفیت به?عنوان معرف متراکم کننده انجام گرفتند. اثر برخی از متغیرهای واکنش بر ویژگیهای فیزیکی پلیمرهای تهیه شده مورد مطالعه قرار گرفت. ساختار پلیمرهای به دست آمده با استفاده از تکنیک?های طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FT-IR)، رزونانس مغناطیسی هسته?ای هیدروژن، ماورای بنفش- مرئی، چرخش نوری ویژه و آنالیز عنصری بررسی شد. مقاومت حرارتی پلیمرها با استفاده ار آنالیز گرما- وزن?سنجی (TGA) مطالعه شد. نتایج بدست آمده نشان دادند که پلیمرها دارای پایداری حرارتی بسیار خوبی می?باشند. کلیه?ی این پلیمرها به علت داشتن قطعات انعطاف?پذیر آمینو اسید و گروه?های آویزان حجیم، که از نزدیک شدن زنجیرهای پلیمری جلوگیری می کند، دارای حلالیت بسیار خوبی می باشند. این پلیمرها به صورت فیلم?های نازک و شفاف نیز قابل تهیه میباشند. کریستالینیتی پلیمرها با استفاده از تکنیک پراش پرتو ایکس (XRD) بررسی شد. الگوهای پراش نشان دادند که پلیمرهای سنتز شده دارای ماهیت آمورف می?باشند که این خصوصیت ناشی از حضور گروه?های انعطاف?پذیر آمیدی، ایمیدی، متیلی و متیلنی می?باشد که از برهمکنش بین زنجیرهای پلیمری جلوگیری می?کنند. همچنین مورفولوژی سطحی پلیمرها با استفاده از آنالیز میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر زمینه (FE-SEM) مطالعه شد. تصاویر حاصل نشان دادند که ذرات پلیمری تقریباًً کروی با قطر متوسط کمتر از 100 نانومتر می?باشند. در قسمت بعد، نانوکامپوزیت?های بر پایه?ی این پلیمرها، حاوی نانولوله?های کربنی چند دیواره?ی کربوکسیل دار شده تهیه شدند. با استفاده از روش مخلوط کردن در محلول به کمک امواج فراصوت، نانولوله های کربنی با درصدهای وزنی مختلف 5، 10، و 15 درصد وزنی نسبت به وزن پلیمر در بافت پلیمری پخش و توزیع شده و نانوکامپوزیت های مربوطه تهیه شدند. فیلم های نازک کامپوزیتی به روش مخلوط کردن نانولوله ها در محلول پلیمری و سپس ریخته گری آن تهیه گردیدند. نانوکامپوزیت?های تهیه شده با روشهای آنالیز متفاوتی مانند FT-IR، XRD، TGA، FE-SEM و میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) مورد بررسی و مطالعه قرار گرفتند. اطلاعات بدست آمده از TGA نشان دادند که پایداری حرارتی نانوکامپوزیتها با افزایش محتوای نانولوله?های کربنی افزایش پیدا کرد. همچنین خواص مکانیکی فیلم های نانوکامپوزیتی مطالعه شد و اطلاعاتی از جمله مدول الاستیسیته، تنش کششی و کرنش از این مطالعه بدست آمد. نتایج نشان دادند که با افزایش درصد وزنی نانولوله?ها در بافت پلیمری، خواص مکانیکی نانوکامپوزیت?های حاصل بهبود یافت. در بخش دیگری از این پروژه، نانولوله??های کربنی با آمینواسیدهای طبیعی مختلف با استفاده از انرژی تابش ریزموج عامل?دار شدند. تشکیل گروه های عاملی جدید با استفاده از تکنیک?های مختلف تأیید شد. سپس از نانولوله?های کربنی عامل?دار شده با آمینو اسید s- والین به?عنوان عامل پرکننده در بافت پلیمری استفاده شد و سری جدیدی از بیونانوکامپوزیت?های کایرال تهیه شدند. شناسایی ساختاری بیونانوکامپوزیت?ها با استفاده از تکنیک?های مختلف صورت گرفت. پایداری حرارتی و خواص مکانیکی فیلم?های بیونانوکامپوزیتی بدست آمده داده?های مطلوبی را نتیجه دادند. میکروگراف?های حاصل از FE-SEM و TEM نیز توزیع یکنواختی از نانولوله?های کربنی عامل?دار شده را در بافت پلیمر نشان دادند.