ساخت، شناسایی و بررسی خواص نانوکامپوزیت های هیبرید آلی- معدنی بر پایه کاپرولاکتون، poss و فوماریک اسید با قابلیت شبکه ای شدن

نانوکامپوزیت¬های هیبریدی بر پایه poss به دلیل تاثیر قابل توجه این نانوذره بر بستر پلیمری (افزایش زیست سازگاری، افزایش پایداری زیستی، بهبود پایداری حرارتی، بهبود خواص مکانیکی، افزایش مقاومت سایش و ...) در دو دهه اخیر مورد توجه قرار گرفته¬اند. مهمترین مشکل در تهیه این نانوهیبریدها تجمعات نانوذره¬های poss در کنار هم و تشکیل خوشه¬های بلوری است. برای رفع این مشکل بهترین راه پیشنهادی قرار گرفتن این نانوذره در زنجیره اصلی پلیمر به صورت دانه¬ای، استخلاف آویزان و یا کاربرد آن به صورت یک عامل شبکه¬ای کننده در بستر پلیمر است. از طرف دیگر برای بهبود خواص نانوهیبرید می¬توان قابلیت شبکه¬ای شدن را با قرار دادن پیوندهای دوگانه کربن-کربن در زنجیر اصلی، به این نانوکامپوزیت¬ها داد. به عبارت دیگر در این تحقیق هدف ساخت نانوهیبریدی سنتزی با قابلیت شبکه¬ای شدن با نور آبی در حضور شروع کننده نوری، شتاب دهنده و مونومر فعال رقیق کننده است. بدین منظور نانوکامپوزیت¬های هیبریدی پلی¬کاپرولاکتون/poss به روش پلیمریزاسیون حلقه¬گشای ε-کاپرولاکتون در حلال¬های تتراهیدروفوران و تولوئن و با استفاده از آغازگرهای poss دی¬ال و اتیلن¬گلایکول انجام گرفت. در واکنش¬های انجام شده، نسبت مونومر به آغازگر 100، 151 و 202، دما (c °63) و زمان پلیمریزاسیون ثابت انجام شد. ماکرومرهای تولید شده با آغازگر poss دی¬ال گستره وزن مولکولی پهن¬تری در مقایسه با پلی¬کاپرولاکتون تهیه شده در حضور آغازگر اتیلن¬گلایکول در هر دو محیط تتراهیدروفوران و تولوئن نشان دادند. این ویژگی به تشکیل ساختار وزیکلی، شناسایی شده با میکروسکوپ نوری نسبت داده شد. با انجام پلیمریزاسیون در حلال تتراهیدروفوران و نسبت مولی مونومر به آغازگر 151، ماکرومرها و پلیمرهایی با کمترین گستره وزن مولکولی، 78/1 و 43/1 به ترتیب برای آغازگرهای poss دی¬ال و اتیلن¬گلایکول، بدست آمد. همچنین توزیع وزن مولکولی در حلال تولوئن برای ماکرومرهای فوق به ترتیب 23/2 و 76/1 بود. در این نسبت مولی و سایر نسبت¬ها، توزیع وزن مولکولی باریکتر در حلال تتراهیدروفوران به امتزاج پذیری بهتر حلال نسبت به تولوئن با آب دیونیزه (اختتام دهنده واکنش) نسبت داده شد. بعلاوه؛ به دلیل برهم¬کنش¬های بین مولکولی (بین قفس¬های poss)، نه تنها ساختار وزیکلی برای poss دی¬ال در حلال¬ها مشاهده گردید بلکه تجمع قفس¬های poss داخل پلی-کاپرولاکتون نیز مشاهده گردید. ارزیابی رابطه ساختار-خواص و کاربرد نانوهیبرید پلی¬کاپرولاکتون/poss به عنوان داربست نشان داد که خواص فیزیکی و مکانیکی، پایداری حرارتی و زیست¬سازگاری پلی¬کاپرولاکتون در حضور نانوذرات poss بهبود یافت. به عبارت دیگر، پلیمر هیبریدی با بیشترین مقدار poss (33/8 %) و پخش بهتر، از بیشترین تاثیر بر بهبود خواص مکانیکی (افزایش بیش از چهار برابری مدول ذخیره)، حرارتی (افزایش c °40 برای دما در ماکزیمم سرعت تخریب) و زیست¬سازگاری (افزایش 5/1 برابری مقدار سلول¬های چسبیده به سطح) برخوردار بود. مقایسه مونولیت پلی¬کاپرولاکتون در دو حالت هیبرید و خالص، ساخته شده به روش حلال (دی¬متیل سیلوکسان)/ضدحلال (سیکلوهگزان)، نشان داد که: به دلیل خاصیت تورمی بهتر هیبرید پلی¬کاپرولاکتون/poss در سیکلوهگزان، این مونولیت مساحت سطح ویژه بیشتر (58/20 نسبت به 33/12 متر مربع بر گرم) و متوسط اندازه حفره بزرگتر (6/16 نسبت به 5/9 نانومتر) دارد. بعلاوه؛ استفاده از روش حلال /ضدحلال در فراورش مونولیت¬ها باعث القاء بلورینگی بیشتر (در حدود 20 درصد) در ماتریس شده که به بهبود خواص مکانیکی می¬انجامد. ماکرومرهای ساخته شده در مرحله اول (در حلال تتراهیدروفوران) در واکنش تراکمی با فوماریل کلراید به ماکرومرهای غیر اشباع تبدیل شدند. در این مرحله وزن مولکولی نمونه¬ها تقریباً دو برابر شد ولی این تغییر با تغییرات خاص فیزیکی و مکانیکی ماکرومرهای غیر اشباع همراه نبود. ماکرومرهای غیر اشباع در حضور و عدم حضور وینیل پیرولیدون (nvp) با تابش نور آبی شبکه¬ای شدند. به طورخلاصه می¬توان گفت وجود nvp باعث شد درجه تبدیل پیوند دوگانه حدود 20 درصد افزایش یابد که این افزایش خود سبب کاهشی در حدود 400 درصد در میزان تورم تعادلی، 30 درصدی میزان سل و کاهش وزن مولکولی بین شبکه تا 20 درصد نسبت به ماکرومرهای شبکه¬ای شده در عدم حضور nvpشد. فرآیند شبکه¬ای شدن خود باعث بهبود خواص مکانیکی از جمله مدول ذخیره (در حدود دو برابر) و کرنش شکست شد، اما به دلیل درجه الیگومریزاسیون پایین (حدود 3) در واکنش تراکمی، تاثیر خاصی بر مقاومت حرارتی نداشت. بهترین میزان نانوذره در حضور nvp به منظور رسیدن به بهترین درصد تبدیل پیوند دوگانه کربن-کربن (حدود 70 درصد) و بهترین خواص تورمی (حدود 300 درصد) و مکانیکی (جرم مولکولی بین شبکه حدود 4000 دالتون و افزایش کرنش شکست تا دو برابر) نسبت به ماکرومر غیر شبکه¬ای فاقد نانو ذره، میزان 52/5 درصد از نانو ذره poss بود.