سنتز، مطالعه مکانیسم و بررسی خواص یک نانوکامپوزیت دوستدار محیط زیست بر پایه اسید آمینه تریپتوفان و رزین اپوکسی تقویت شده با نانوذرات سیلیکا و سیلیکای مزومتخلخل: مطالعات تجربی و تئوری

مکانیسم واکنش پخت بین اتیلن اکسید، به عنوان مدلی برای گروه اپوکسی، و اسید آمینه تریپتوفان، به عنوان عامل پخت دوست¬دار محیط زیست، در حضور کاتالیزگر 2، 4، 5-تری¬فنیل ایمیدازول با استفاده از نظریه¬ی تابعی چگالی تعبیه شده در برنامه dmol3 بررسی شد. پس از بهینه سازی ساختارهای مواد اولیه و محصولات، انرژی واکنش برای هر مرحله محاسبه گردید. به منظور بدست آوردن انرژی¬های فعالسازی، ساختارهای حالت گذار با استفاده از روش lst/qst کامل شناسایی شد. واکنش پخت با انرژی واکنش برابر با kcal/mol 71/19- در چهار مرحله با دو مسیر متفاوت بررسی شد. سپس نقش نانوذره سیلیکا برای تهیه¬ی نانوکامپوزیت این سامانه، با استفاده از گرماسنج روبشی تفاضلی بررسی گردید و مقدار بهینه نانوذره سیلیکا و نیز نسبت مولی بهینه رزین اپوکسی و تریپتوفان تعیین گردید. به¬علاوه، تغییرات انرژی فعالسازی در مراحل مختلف واکنش پخت با استفاده از روش هم¬تبدیل پیشرفته بدست آمد. برخی از ویژگی¬های رزین اپوکسی پخت شده و نانوکامپوزیت آن با استفاده از روش استاندارد چهار نقطه¬ای، طیف¬سنجی امپدانس الکتروشیمیایی، پراش اشعه¬ی x، میکروسکوپ نیروی اتمی، میکروسکوپ الکترونی روبشی، تجزیه¬گر گرمایی مکانیکی پویا مورد مطالعه قرار گرفت. انرژی فعالسازی فرآیند تخریب گرمایی حالت جامد با استفاده از داده-های گرماوزن¬سنجی از روش هم¬تبدیل پیشرفته بررسی شد. با پیشنهاد تابع سینتیکی f1 برای رزین اپوکسی و نانوکامپوزیت آن برای درجه تخریب بین 45/0 تا 85/،0 سرعت تخریب نانوکامپوزیت کندتر از سرعت تخریب رزین اپوکسی پخت شده با تریپتوفان درنظر گرفته شد. برای تقویت رزین اپوکسی از سیلیکای مزومتخلخل سنتزی که با استفاده از هم¬دمای جذب فیزیکی نیتروژن، پراکندگی اشعه¬ی x و میکروسکوپ الکترونی عبوری شناسایی شد، استفاده گردید. بررسی ساختاری دقیقی بر روی اندازه و شکل هندسی حفرات سیلیکای مزومتخلخل سنتز شده با استفاده از روش جذب-واجذب فیزیکی گاز نیتروژن و پراکندگی اشعه¬ی x انجام شد و ارتباط جزیی بین این دو روش برقرار گردید. با استفاده از داده¬های پراکندگی اشعه¬ی x، نشان داده شد که به طور کلی ریخت شناسی تمام مزوکامپوزیت¬ها یکسان بوده و اضافه کردن سیلیکای مزومتخلخل تا % 5 وزنی تغییری در ساختار مزوکامپوزیت¬ها ایجاد نمی¬کند. همچنین، مدلی پیشنهاد گردید که با استفاده از آن می¬توان میزان کمی نفوذ اپوکسی در حفره¬های سیلیکای مزومتخلخل را تعیین کرد.