خواص رئولوژي پراكنه ‌آبي نانوكامپوزيت برپايه‌ ‌پلي‌( آكريل‌آميد-كو-آكريليك‌اسيد ) و نانولوله‌كربن

Rheological Properties of Nanocomposite Aqueous Dispersions Based on Poly(acrylamide-co-acrylic acid) and Carbon Nanotube

انولوله‌هاي‌كربن (CNT) دسته جديدي از نانومواد هستند كه به‌دليل خواص منحصربه‌فرد آن‌ها مثل خواص الكتريكي و مكانيكي در كاربردهاي مختلف اساسي مورد توجه واقع شده‌اند. هيدروژل‌هاي نانوكامپوزيتي، دسته نويني از هيدروژل‌ها هستند كه ساختار منحصربه‌فرد و استحكام مكانيكي زيادي دارند. همچنين در صنعت و پژوهش‌هاي علمي بسيار مورد توجه قرارگرفته‌اند. اين دسته شامل پليمر و نانوذرات غيرآلي مثل نانوخاك‌رس، نانولوله كربن، ذرات آهن و پراكسيدهاي گرافن هستند كه بايد به ‌شكل همگن در ماتريس پليمري پراكنده شوند. پراكنه ‌آبي نانوكامپوزيتي برپايه پلي‌‌(آكريل‌آميد-كو-آكريليك اسيد) و نانولوله‌كربن اصلاح‌شده،‌ به‌ روش پليمرشدن درجاي راديكالي سنتز شد. آب جايگزين مناسبي به‌جاي حلال‌هاي آلي سمي فرماميدي براي ساخت پراكنه‌هاي آبي نانوكامپوزيتي CNT/ (AA-co-AMM)poly هستند. خواص رئولوژي نانوكامپوزيت‌ها، افزايش چشمگيري نسبت به كوپليمر خالص نشان داد. براي پراكنش بهتر و برهم‌كنش مناسب نانوذرات با پايه پليمري، نانولوله‌‌هاي‌كربن با اسيد اصلاح شدند و گروه‌هاي هيدروكسيل وكربوكسيل روي آن‌ها نشانده شد. پس از مرحله اكسايش، از واكنش آمين‌داركردن براي نشاندن گروه‌هاي آميدي روي ذرات CNT استفاده شد. واكنش اصلاح سطح ذرات نانولوله كربن با روش‌هاي طيف‌سنجي‌هاي زيرقرمز تبديل فوريه و رامان بررسي شد. براي بررسي پراكنش نانوذرات از طيف‌سنجي رامان و نيز براي تأييد پيوند نانوذرات به پليمر از طيف‌سنجي زيرقرمز تبديل فوريه استفاده شد. سپس، بررسي رئولوژي شامل رفتار گرانروكشساني نمونه‌ها، انتقال سل به ژل، روبش بسامد نوساني ديناميكي و برش پايا انجام شد. درنهايت، سازوكار افزايش خواص رئولوژي (مدول و گرانروي) براساس ريزساختار پراكنش نانوذرات، تشكيل شبكه و نيز برهم‌كنش‌هاي سطحي بين زنجيرهاي پلي‌آكريل آميد و نانوذرات CNT مشخص شد.

Carbon nanotubes (CNTs) are a new class of nanomaterials that have gained special attention due to their unique properties such as excellent electrical and mechanical properties. Nanocomposite hydrogels, a novel category of hydrogels, have received great attention both in industry and scientific research because of their exceptional structural and mechanical properties. A nanocomposite aqueous dispersion based on poly(acrylamide-co-acrylic acid) and modified carbon nanotube was synthesized through in situ radical polymerization. Water can be a good candidate instead of toxic organic solvents for preparation of poly(AA-co-AM)/CNT nanocomposite aqueous dispersions. The rheological properties of the nanocomposites were significantly improved compared to those of pure copolymer samples. Modification of carbon nanotubes by acid was conducted to introduce hydroxyl and carboxyl groups on their surface in order to achieve a better dispersion behavior and suitable interactions between the nanoparticles and polymer matrix. Once the oxidation step was finished, amide functional groups were inserted into the CNT particles through amidation reaction. The surface modification reactions of CNT were tracked by FTIR and Raman spectroscopy techniques. FTIR and Raman spectra were utilized in order to investigate the dispersion behavior of nanoparticles and to confirm the formation of linkages between the nanoparticles and polymer matrix, respectively. In addition, the rheological features including viscoelastic behavior of samples, the sol-gel transition phenomenon, dynamic oscillatory frequency sweep and steady shear measurements were studied. Finally, the relationship between the improved rheological properties (modulus and viscosity) and the dispersion microstructures caused by dispersion of nanoparticles, formation of networks and interfacial interactions between Poly(AA-co-AM) macromolecular chains and CNT nanoparticles were determined.