پليمرشدن راديكالي انتقال اتم استيرن در مجاورت نانوذرات ميان‌متخلخل سيليكا: كاربرد فنون آغاز معكوس، معكوس و نرمال هم‌زمان

Atom Transfer Radical Polymerization of Styrene in Presence of Mesoporous Silica Nanoparticles: Application of Reverse, Simultaneous Reverse and Normal Initiation Techniques

پليمرشدن راديكالي انتقال اتم (ATRP) استيرن در مجاورت نانوذرات ميان‌متخلخل سيليكا و در دماي ??? درجه سلسيوس انجام شد. روش‌هاي آغاز معكوس (RATRP) و نرمال و معكوس هم‌زمان (SR&NI ATRP) به عنوان دو روش مناسب براي غلبه بر مشكلات اكسايش به‌كار گرفته شدند. ويژگي عمده در اين دو روش آغاز، استفاده از كاتاليزورهاي فلزي در حالت اكسايش بيشتر آنهاست كه در اين شرايط بر مشكلات مربوط به روش آغاز نرمال غلبه مي‌شود. ساختار، مساحت سطح و قطر منافذ نانوذرات سنتزي به كمك آزمون‌هاي پراش پرتوX و جذب و واجذب هم‌دماي نيتروژن ارزيابي شدند. با استفاده از تصاوير ميكروسكوپي الكتروني پويشي، ميانگين اندازه ذرات حدود ??? نانومتر تخمين زده شد. اين تصاوير، نانوذرات توزيع مناسبي از اندازه را نيز نشان مي‌دهند. درجه تبديل نهايي مونومر با استفاده از روش رنگ‌نگاري گازي اندازه‌گيري شد. متوسط عددي (Mn) و وزني (Mw) وزن مولكولي و شاخص پراكندگي (PDI) نيز با استفاده از روش رنگ نگاري ژل تراوايي (GPC) ارزيابي شد. طبق نتايج، افزايش نانوذرات ميان‌متخلخل سيليكا در هر دو سامانه RATRP و SR&NI ATRP آثار مشابهي نشان مي‌دهد.كاهش در مقدار تبديل و Mn و نيز افزايش مقادير PDI با افزايش نانوذرات ميان‌متخلخل سيليكا مشاهده شد. بهبود پايداري گرمايي نانوكامپوزيت‌ها در مقايسه با پلي‌استيرن خالص به وسيله آزمون گرماوزن‌سنجي ثابت شد. همچنين، درباره نمونه‌هاي نانوكامپوزيتي نيز با افزايش مقدار نانوذرات، پايداري گرمايي بيشتر حاصل شد. نتايج آزمون گرماسنجي پويشي تفاضلي نيز كاهش در مقادير دماي انتقال شيشه‌اي با افزايش نانوذرات ميان‌متخلخل سيليكا را تاييدرساند.

Atom transfer radical polymerization (ATRP) of styrene in presence of mesoporous silica nanoparticles was carried out at 110 °C. Reverse atom transfer radical polymerization (RATRP) and simultaneous reverse and normal initiation for atom transfer radical polymerization (SR&NI ATRP) techniques were used as two appropriate introduced techniques for circumventing oxidation problems. Usage of metal catalyst in its higher oxidation state was the main feature of these initiation techniques in which deficiencies of normal ATRP were circumvented. Structure, surface area and pore diameter of synthesized mesoporous silica nanoparticles were evaluated using X–ray diffraction and nitrogen adsorption/desorption isotherm analysis. Average particle size was estimated around 600 nm by electron microscopy images. In addition, according to these images, nanoparticles revealed an appropriate size distribution. Particles size and their distribution were examined using scanning. Final monomer conversion was determined by using gas chromatography. The number and weight average molecular weights (Mn and Mw) and polydispersity indexes (PDI) were also evaluated by gel permeation chromatography. According to the results obtained, addition of mesoporous silica nanoparticles in both RATRP and SR&NI ATRP systems revealed similar effects: decrement of conversion and Mn and also increment of PDI values observed by increasing of mesoporous silica nanoparticles content. Improvement in thermal stability of the nanocomposites in comparison with neat polystyrene was demonstrated by thermogravimetric analysis (TGA). Moreover, in case of nanocomposites, thermal stability was obtained by higher loading of nanoparticles. A decrease in glass transition temperature by higher content of mesoporous silica nanoparticles has been demonstrated by differential scanning calorimetry analysis.