زنجيرهاي پلي‌استيرن با چگالي‌هاي پيوندخوردگي متفاوت بر سطح گرافن اكسيد با روش پيوندزني از ميان

Polystyrene Chains with Different Grafting Densities on the Surface of Graphene Oxide by "Grafting Through” Method

فرضيه: گرافن ‌اكسيد (GO) اصلاح‌شده با عامل شيميايي داراي پيوند دوگانه در تهيه كامپوزيت‌هاي پلي‌استيرني با روش تركيبي پيوندزني از ميان و پليمرشدن انتقال زنجير افزايشي‌-جدايشي بازگشت‌پذير (RAFT) به‌كارگرفته شدند. به‌كارگيري دو موقعيت واكنش براي پيوندزني درجاي زنجيرهاي پلي‌استيرن از سطح گرافن ‌اكسيد، افزايش چگالي پيوندزني در فرايند پليمرشدن با ‌روش پيوندزني از ميان در دو موقعيت مختلف و بررسي پليمرشدن RAFT استيرن با دو چگالي پيوندزني مختلف و نيز مقدار متفاوت گرافن، هدف‌هاي اصلي اين پژوهش بودند. روش‌ها‌: پس از اصلاح GO با اتيلن‌دي‌آمين (EDA) و دستيابي به GO عامل‌دارشده با EDA و(GOA)، واكنش جفت‌شدن ميان GOA و 3-(كلرودي‌متيل سيليل) پروپيل متاكريلات (MCS) براي به‌دست آوردن لايه‌هاي GOA اصلاح‌شده با MCS و (GOOHD) با مقدار متفاوت اصلاح‌كننده انجام شد. سپس، روش پيوندزني از ميان پليمرشدن RAFT براي تهيه كامپوزيت‌هاي پلي‌استيرني به‌كار گرفته شد. يافته‌ها: نتايج طيف‌نمايي نورالكتروني پرتو X نشان داد، اصلاح لايه‌هاي گرافن اكسيد با EDA و MCS موفقيت‌آميز بوده ‌است. همچنين، آزمون طيف‌نمايي زيرقرمز تبديل فوريه نشان‌ داد، پيوندهاي مولكولي به‌درستي طي واكنش‌ها تشكيل شدند. تغييرات مزدوج‌شدگي الكتروني نيز با طيف‌نمايي رامان مطالعه‌ شد. متوسط عددي وزن مولكولي و شاخص پراكندگي زنجيرهاي پلي‌استيرن پيوندخورده و آزاد با روش سوانگاري ژل‌ تراوايي محاسبه ‌شد. با آزمون گرماوزن‌سنجي، خواص گرمايي و نسبت‌هاي پيوندزني اصلاح‌كننده‌ها و زنجيرهاي پلي‌استيرن بررسي شد. نسبت‌ پيوندزني اصلاح‌كننده‌ها به‌ترتيب 12.9 و %7.5 براي لايه‌هاي اصلاح‌شده GO با چگالي‌هاي پيوندزني كم و زياد به‌دست آمد. عكس‌هاي ميكروسكوپي الكتروني پويشي و عبوري نشان داد، در اثر اكسايش، لايه‌هاي صاف و مسطح گرافيت به لايه‌هاي چروكيده تبديل مي‌شوند و اتصال زنجيرهاي پلي‌استيرن به سطح لايه‌ها از شفافيت و وضوح آن‌ها مي‌كاهد.

Hypothesis: Graphene oxide (GO) modified with a double bond-containing chemical was used in the preparation of polystyrene composites by combination of “grafting through” and reversible addition-fragmentation chain-transfer (RAFT) polymerization methods. The main objectives were (1) application of two reaction sites for in situ grafting of polystyrene chains from the GO surface, (2) increasing of grafting density in the polymerization process by grafting through two different sites and (3) evaluation of styrene RAFT polymerization in two different grafting densities and various GO contents. Methods: After modification of GO with ethylenediamine (EDA) using nucleophilic ring opening reaction that is resulted in amine-functionalized GO (GOA), coupling reaction was conducted between the GOA and (3-methacryloxypropyl) dimethylchlorosilane (MCS) to obtain GOOHD layers with different modifier contents. Then, grafting through RAFT polymerization method was utilized for preparation of polystyrene composites. Findings: X-ray photoelectron spectroscopy shows successful modification of the GO layers with EDA and MCS. Molecular bonding characterization was performed by Fourier transform infrared spectroscopy for the neat and modified GO. Variations in electron conjugation were studied by Raman spectroscopy. Molecular weight and polydispersity index of the free and anchored polystyrene chains were calculated from the size exclusion chromatography. By using thermogravimetric analysis, thermal properties and grafting ratios of the modifiers and polystyrene chains were studied. Grafting ratio of the modifiers was 12.9% and 7.5% for the modified GO layers with high and low grafting densities, respectively. Morphology of the GO layers was investigated through transmission and scanning electron microscopy. Oxidation changed the flat and smooth graphite to wrinkled layers, and grafting polystyrene chains resulted in turbid layers.