سنتز و فرمول بندي رزين هاي نورپخت پذير داراي پلي( اتيلن گليكول) و سيلسسكوي ياكسان اوليگومري چندوجهي و تهيه نانوكامپوزي تهاي آ نها

Synthesis and Formulation of Photocurable Resins Possessing Polyethylene Glycol and POSS, and Preparation of Their Related Nanocomposites

فرضيه: طراحي و توليد محلول‌هاي داراي پلي‌اتيلن‌گليكول و سيلسسكويي‌اكسان اوليگومري چندوجهي (POSS)، با قابليت شبكه‌اي‌شدن درجا، روشي ساده و مقرون به‌صرفه براي توليد نانوكامپوزيت‌هاي هيبريدي به‌منظور بهبود خواص فيزيكي و مكانيكي پلي‌اتيلن‌گليكول زيست‌تخريب‌پذير است. روش‌ها: نخست، نانوذرات POSS با آكريلويل‌كلريد عمل‌آوري و نانوپودر POSS-AC تهيه شد. در واكنشي ديگر، پلي‌اتيلن‌گليكول با فوماريل كلريد براي تهيه پلي‌اتيلن‌گليكول فومارات (PEGF) وارد واكنش پليمرشدن‌ تراكمي شد. درستي واكنش‌هاي انجام‌شده با آزمون‌هاي FTIR و GPC تأييد شد. از پراكنش 1 و %2 وزني POSS-AC در PEGF، در مجاورت %10 رقيق‌كننده N-وينيل پيروليدون (NVP) و در نبود آن نمونه‌هاي مختلفي فرمول‌بندي شدند. سپس، نمونه‌ها براي پخت با نور آبي در مجاورت كامفوركينون به‌عنوان نور آغازگر و N،N- دي‌متيل‌آمينو‌اتيل متاكريلات به‌عنوان شتاب‌دهنده قرار گرفتند. پس از تهيه نانوكامپوزيت‌هاي مدنظر، اثر وجود و مقدار نانوذرات POSS، وجود رقيق‌كننده، و زمان پخت بر كيفيت پراكنش نانوذرات با آزمون‌هاي پراش پرتو Xو(XRD)، ميكروسكوپي الكتروني عبوري (TEM)، تورم تعادلي، كشش، گرماوزن‌سنجي (TGA) و تجزيه گرمايي ديناميكي-مكانيكي (DMA) بررسي شد. يافته‌ها: در الگوي XRD نانوكامپوزيت، هيچ پيك تيزي ديده نشد كه حاكي از انبوهش نانوذرات باشد. عكس‌هاي TEM پراكنش مناسب نانوذرات را با اندازه ذرات در محدوده 10-50 نانومتر تأييد كرد. نتايج آزمون‌ها نشان داد، وجود نانوذرات و رقيق‌كننده موجب افزايش Tg از 16- درجه در نمونه PEGF پخت‌شده تا 13- تا -3 درجه، افزايش مقدار ژل از %45 تا %84-62، افزايش مدول ذخيره از 1.6GPa تا 3.3-2.2، افزايش بيشينه دماي تخريب از °395 تا °432-408 و مدول يانگ از 0.46MPa تا 1.2-1.6 شد. به‌طور خلاصه، نانوكامپوزيت طراحي‌شده در اين مطالعه با خواص مكانيكي خوبي و پخت سريع كه نشان داد، مي‌تواند گزينه‌ مناسبي براي استفاده در كاربردهاي زيستي و مهندسي بافت باشد.

Hypothesis: Design and synthesis of self-curable solutions containing polyethylene glycol (PEG) and polyhedral oligomeric silsesquioxane (POSS) is a simple and economical method to enhance the physical and mechanical properties of biodegradable PEG. Methods: First POSS nanoparticles were treated with acryloyl chloride (AC) to obtain POSS-AC nano-powder. In another reaction, PEG was copolymerized with fumaryl chloride to prepare polyethylene glycol fumarate (PEGF). POSS-AC was subsequently dispersed in PEGF matrix in 1 and 2% (wt) in the presence and absence of N-vinyl pyrrolidone as a reactive diluent. The obtained slurries were photocured by blue light irradiation using camphorquinone as photoinitiator. The crystal structure, dispersion quality, crosslink ability, mechanical, thermal and thermomechanical characteristics of the prepared nanocomposites as well as crosslinked neat PEGF were studied by XRD, TEM, equilibrium swelling, tensile, TGA and DMTA tests, respectively. Findings: The XRD pattern of nanocomposites did not show any sharp peak related to the aggregation and agglomeration of the nanoparticles. TEM pictures revealed good dispersion of POAA-AC nanoparticles with mean diameter within 10-50 nm range. Furthermore, the presence of POSS-AC and reactive diluent led to an increase in the Tg of cured PEGF (as a blank system) from -16°C to a value in the range of -13 to -3°C, gel content from 45% to 62-84%, storage modulus from 1.6 GPa to 2.2-3.3 GPa, maximum decomposition temperature from 395 °C to 408-432°C, and Young's modulus from 0.46 MPa to 1.2-1.6 MPa. As a result, the nanocomposites designed in this study exhibited good mechanical properties and fast curing which would be considered as potential candidates for tissue engineering and biomedical applications.