فرآوری و مشخصه‌یابی نانوکامپوزیت پلی‌یورتان/نقره با استفاده از تابش‌دهی امواج ماکروویو

محورهای موضوعی : سنتز مواد

سید محمد کاظم زاده ¹ (دانشجوی دکتری، مهندسی مواد، پژوهشگاه مواد و انرژی، کرج، ایران)
محمد رضا واعظی ² (گروه نانو مواد، پژوهشکده فناوری نانو و مواد پیشرفته، پژوهشگاه مواد و انرژی، کرج، ایران)
سید محمد مهدی هادوی ³ (دانشکده فنی و مهندسی- دانشگاه مالک اشتر)
مسعود اسفنده ⁴ (دانشیار ، مهندسی پلیمر، پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ، تهران، ایران)

تاریخ دریافت : 1396/09/01 تاریخ پذیرش : 1397/12/13 تاریخ انتشار : 1397/12/01

کلید واژه: نانوکامپوزیت, نانوذرات نقره, امواج ماکروویو, پلی‌یورتان,

چکیده مقاله :

در این پژوهش از گرمایش دی‌الکتریک بوسیله تابش‌دهی امواج ماکروویو جهت سنتز درجای نانوکامپوزیت پلی‌یورتان/ نقره است، که بوسیله توزیع و انحلال نمک نیترات نقره در زمینه پلی‌یورتان و احیای کاتیون نقره حبس شده در مایسل‌های اتیلن‌گلیکول در بین زنجیره‌های پیش‌پلیمر محلول انجام پذیرفت. کاهش زمان و تعداد فرآیندهای سنتز و درنتیجه کاهش هزینه‌های تولید نسبت به سایر روش‌های سنتز نانو نانوکامپوزیت پلیمری، از مزایای این تکنیک است. در حین انجام واکنش‌های شیمیایی امواج ماکروویو با شدت و فرکانس ثابت در مدت زمان‌های 30، 60، 90، 120 ثانیه توسط آون ماکروویو ‌به پیش‌پلیمر محلول اعمال گردید. با تکمیل واکنش‌های شیمیایی نانوذرات نقره در بستر پلی‌یورتان سنتز شد. به منظور بررسی اثر امواج ماکروویو و سنتز نانو ذرات نقره بر پیوند‌های شیمیایی ‌پلی‌یورتان از نظر ساختاری، مورفولوژی، پراکندگی نانوذرات نقره در زمینه پلی‌یورتان و توزیع اندازه ذرات از آزمون‌های طیف سنجی نورمرئی - فرابنفش (Uv-Vis)، آزمون تفرق سنجی اشعه ایکس ( XRD)، میکروسکوپ الکترونی عبوری ( TEM) ، طیف‌سنجی پراش انرژی پرتو ایکس (EDX) و طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه ( FTIR) استفاده شد. نانوذرات فرآوری شده دارای مورفولوژی کروی و شبه کروی و توزیع اندازه ذراتی در محدوده 10 تا 60 نانومتر و ساختار کریستالی fcc و پراکندگی یکنواختی در بستر پلی‌یورتان می‌باشند. ضمنا طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه از نانوکامپوزیت‌های تهیه شده نشانگر عدم تاثیر منفی سنتز نانو ذرات نقره بر روی پیوندهای شیمیایی پلی‌یورتان در این پژوهش بود.

چکیده انگلیسی:

In this study, the dielectric heating was performed by microwave irradition to synthesize polyurethane/silver nanocomposite, which was carried out by distributing and dissolving silver nitrate salt in the polyurethane and the reduction of silver cation retained in ethylene glycol micelles in the prepolymer solutions. Decreasing the time and number of synthesis processes and, consequently, reducing production costs is one of the advantages of this technique. During the chemical reactions, microwave waves with constant intensity and frequency at 30, 60, 90, 120 seconds were applied to solvent prepolymer by a microwave oven. By completion of the chemical reactions, silver nanoparticles were synthesized in a polyurethane matrix. The effect of microwave and insitu synthesis of and silver nanoparticles on chemical bonding of polyurethane in terms of structure, morphology, composition and particle size distribution were studied by using UV-Vis spectroscopy, X-ray diffraction (XRD), transmitted electron microscopy (TEM), X-ray diffraction spectroscopy (EDX) and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) analysis. Produced nanoparticles have spherical and semi spherical morphology with particle size distribution in the range of 10 to 80 nm, and the fcc crystalline structure and uniform dispersion in the polyurethane matrix. Meanwhile, Fourier transform infrared spectroscopy of nanocomposites showed synthesis of silver nanoparticles no negative effect on polyurethane chemical bonds by this method.

منابع و مأخذ:

 

[1]     R. T. Olsson, et al., “Making flexible magnetic aerogels and stiff magnetic nanopaper using cellulose nanofibrils as templatesˮ, Nature nanotechnology, Vol. 5, No, 8, pp. 584-588, 2010.

 

[2]     R. Krishnamoorti & R. A. Vaia, “Polymer nanocompositesˮ, Journal of PolymerScience, Part B: Polymer Physics, Vol. 45, No. 24, pp. 3252-3256, 2007.

 

[3]     M. L. Jespersen, et al., “Canopy dynamics in nanoscale ionic materialsˮ, ACS nano, Vol. 4, No. 7, pp. 3735-3742, 2010.

 

[4]     L. Kvitek, et al., “Effect of surfactants and polymers on stability and antibacterial activity of silver nanoparticles (NPs)ˮ, 2008.

 

[5]     S. Mondal & S. Verma. “Catalytic and SERS Activities of Tryptophan‐EDTA Capped Silver Nanoparticlesˮ, Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie, Vol. 640, No. 6, pp. 1095-1101, 2014.

 

[6]     A. Shahzad, W. S. Kim & T. Yu., “Synthesis, stabilization, growth behavior, and catalytic activity of highly concentrated silver nanoparticles using a multifunctional polymer in an aqueous-phaseˮ, RSC Advances, Vol. 5, No. 36, pp. 28652-28661, 2015.

 

[7]     B. K. Kuila & M. Stamm, “Fabrication of oriented polyaniline nanostructures using block copolymer nanotemplates and their optical, electrochemical and electric propertiesˮ, Journal of Materials Chemistry, Vol. 20, No. 29, pp. 6086-6094, 2010.

 

[8]     P. Routh, A. Garai & A. K. Nandi, “Optical and electronic properties of polyaniline sulfonic acid–ribonucleic gold nanobiocompositesˮ Physical Chemistry Chemical Physics, Vol. 13, No. 30, pp. 13670-13682, 2011.

 

[9]     X. Li, et al., “Size-controlled syntheses and hydrophilic surface modification of Fe3O4, Ag, and Fe3O4/Ag heterodimer nanocrystalsˮ, Dalton Transactions, Vol. 39, No. 45, pp. 10984-10989, 2010.

 

[10] C. R. Vestal & Z. John Zhang, “Synthesis and magnetic characterization of Mn and Co spinel ferrite-silica nanoparticles with tunable magnetic coreˮ, Nano Letters, Vol. 3, No. 12, pp. 1739-1743, 2003.

[11] C. S. Levin, et al., “Magnetic− plasmonic core− shell nanoparticlesˮ, ACS nano, Vol. 3, No. 6, pp. 1379-1388, 2009.

 

[12] Y. Zhao, et al., “A Family of Visible‐Light Responsive Photocatalysts Obtained by Dispersing CrO6 Octahedra into a Hydrotalcite Matrixˮ, Chemistry-A European Journal, Vol. 17, No. 47, pp. 13175-13181, 2011.

 

[13] Z. Li, et al., “In situ catalytic encapsulation of core-shell nanoparticles having variable shell thickness: dielectric and energy storage properties of high-permittivity metal oxide nanocompositesˮ, Chemistry of Materials, Vol. 22, No. 18, pp. 5154-5164, 2010.

 

[14] W. K. Son, et al., “Preparation of antimicrobial ultrafine cellulose acetate fibers with silver nanoparticlesˮ, Macromolecular rapid communications, Vol. 25, No. 18, pp. 1632-1637, 2004.

 

[15] B. Karthikeyan, M. Anija & R. Philip, “In situ synthesis and nonlinear optical properties of Au: Ag nanocomposite polymer filmsˮ, Applied physics letters, Vol. 88, No. 5, pp. 053104, 2006.

 

[16] S. H. Hsu, H. J. Tseng & Y. C. Lin, “The biocompatibility and antibacterial properties of waterborne polyurethane-silver nanocompositesˮ, Biomaterials, Vol. 31, No. 26, pp. 6796-6808, 2010.

 

[17] A. M. ElSaeed, M. Abd El-Fattah & A. M. Azzam, “Synthesis of ZnO nanoparticles and studying its influence on the antimicrobial, anticorrosion and mechanical behavior of polyurethane composite for surface coatingˮ, Dyes and Pigments, Vol. 121, pp. 282-289, 2015.

 

[18] B. K. Kim & J. C. Lee, “Waterborne polyurethanes and their propertiesˮ, Journal of polymer science part A: polymer chemistry, Vol. 34, No. 6, pp. 1095-1104, 1996.

 

[19] C. W. Chou, et al., “Enhanced thermal and mechanical properties and biostability of polyurethane containing silver nanoparticlesˮ, Polymer degradation and stability, Vol. 91, No. 5, pp. 1017-1024, 2006.

 

[20] S. A. T. O. S. H. I. Horikoshi & N. I. C. K. Serpone, “Introduction to nanoparticlesˮ, Microwaves in Nanoparticle Synthesis: Fundamentals and Applications, pp. 1-24, 2013.

 

[21] M. B. Gawande, et al., “Microwave-assisted chemistry: synthetic applications for rapid assembly of Horikoshi, Satoshi, and Nick Serpone, edsˮ, Microwaves in nanoparticle synthesis: fundamentals and applications, John Wiley & Sons, 2013.

 

[22] T. Jayaramudu, et al., “Preparation and characterization of poly (ethylene glycol) stabilized nano silver particles by a mechanochemical assisted ball mill processˮ, Journal of Applied Polymer Science, Vol. 133, No. 7, 2016.

 

[23] C. Wang, et al., “A nano-silver composite based on the ion-exchange response for the intelligent antibacterial applicationsˮ, Materials Science and Engineering: C, Vol. 41, pp. 134-141, 2014.

 

[24] K. Mori, et al., “Color‐Controlled Ag Nanoparticles and Nanorods within Confined Mesopores: Microwave‐Assisted Rapid Synthesis and Application in Plasmonic Catalysis under Visible‐Light Irradiationˮ, Chemistry-A European Journal, Vol. 21, No. 33, pp. 11885-11893, 2015.

 

[25] C. Luo, et al., “The role of poly (ethylene glycol) in the formation of silver nanoparticlesˮ, Journal of colloid and interface science, Vol. 288, No. 2, pp. 444-448, 2005.

 

[26] S. Agnihotri, S. Mukherji & S. Mukherji, “Size-controlled silver nanoparticles synthesized over the range 5–100 nm using the same protocol and their antibacterial efficacyˮ, RSC Advances, Vol. 4, No. 8, pp. 3974-3983, 2014.

 

[27] R. Qu, et al., “Preparation and property of polyurethane/nanosilver complex fibersˮ, Applied Surface Science, Vol. 294, pp. 81-88, 2014.

 

[28] A. A. El-Sayed, et al., “Synergistic Combination of Reduction and Polymerization Reactions to Prepare Silver/Waterborne Polyurethane Nanocomposite for Coating Applicationsˮ, Indian Journal of Science and Technology, Vol. 9, No. 17, 2016.

 

[29] F. Wang, J. Q. Hu & W. P. Tu, “Study on microstructure of UV-curable polyurethane acrylate filmsˮ, Progress in Organic Coatings, Vol. 62, No. 3, pp. 245-250, 2008.