تهيه ‌و شناسايي نانوكامپوزيت هيبريدي پلي‌آكريل‌آميد - نانوذرات سيليكا

Preparation and Characterization of Hybrid Nanocomposite of Polyacrylamide/Silica-Nanoparticles

پلي‌آكريل‌آميدها درشت مولكول‌هاي محلول در آب هستند. اين پليمرها به دليل داشتن قابليت انعقاد و جداسازي فازهاي جامد و مايع از يكديگر، كاربرد گسترده‌اي در صنايع مختلف از جمله معادن، تصفيه پساب صنعتي، دباغي و كاغذ­ سازي دارند. از سوي ديگر، استفاده از هيبريد تركيبات آلي- معدني شامل پليمر و نانوذرات معدني به‌طور روزن‌افزون گسترش يافته است. در اين پژوهش، هيبريد آلي- معدني پلي‌آكريل آميد - سيليكا به روش پليمرشدن راديكالي آزاد در محلول تهيه شد. براي تهيه نانوكامپوزيت، ابتدا سطح نانوذرات سيليكا در شرايط اسيدي فعال و با عامل اصلاح­كننده ?- تري متوكسي سيليل پروپيل متاكريلات به روش سل- ژل در محيط آبي اصلاح شد. سپس، مونومر آكريل‌آميد با استفاده از نانوذرات اصلاح‌شده به كمك آغازگر راديكالي پتاسيم پرسولفات كوپليمر شد. ساختار شيميايي نانوذرات سيليكاي اصلاح ­سطحي‌ شده و نانوكامپوزيت تهيه­ شده به روش طيف‌سنجي FTIR بررسي و تاييد شد. شكل‌شناسي نانوكامپوزيت حاصل به روش ميكروسكوپي الكتروني پويشي بررسي شد. اين روش سطح كامپوزيت را بدون جدايي فاز نشان داد. نحوه پراكنش ذرات در پليمر به كمك روش SEM-EDX بررسي شد. نتايج نشان داد كه نانوذرات در پليمر به‌طور يكنواخت پراكنده شده‌اند. تصوير ميكروسكوپي الكتروني عبوري نيز پراكنش ذرات سيليكا را در مقياس نانو در كامپوزيت هيبريدي تاييد كرد. بيشتربودن پايداري گرمايي نانوكامپوزيت هيبريدي در مقايسه با هوموپليمر آكريل‌آميد كه به روش گرماوزن‌سنجي ارزيابي شد، مويد واكنش نانوذرات اصلاح­شده و وجود آنها در زنجير پلي‌آكريل آميد است. خاكستر حاصل از نانوكامپوزيت هيبريدي نيز به روش تجزيه EDX بررسي شد كه نتيجه حاصل وجود ذرات سيليس را در ساختار آن تاييد مي‌كند.

Polyacrylamides are water soluble macromolecules. These polymers are widely used for flocculation, separation and treatment of solid-liquid phase materials. In this research, organic-inorganic hybrid of polyacrylamide/silica nanoparticle is prepared via radical polymerization. First, the silica nanoparticle surfaces were modified by 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane as coupling agent using a sol-gel technique in aqueous media in acidic condition. Afterwards, the modified nanoparticles are copolymerized by acrylamide monomer in presence of a peroxide initiator during a free radical polymerization. The chemical structure of the prepared modified nano-silica as well as polyacrylamide nanocomposite was studied and confirmed by FTIR spectroscopy technique. The morphology of nanocomposite was investigated by scanning electron microscopy. The SEM micrograph showed that the surface of the composite did not display any phase separation. Nanoparticles distribution was investigated by SEM-EDX technique. The results showed a uniform distribution of particles throughout the polymer bulk. TEM analysis showed the presence of silica nanoparticles in bulk of polymer which is an indicative of suitable dispersion of nanoparticles. The thermal stability of hybrid nanocomposite with that of polyacrylamide was compared by TGA technique. The higher thermal stability of hybrid nanocomposite with respect to homopolymer is indicative of a reaction between the modified nanoparticles and polyacrylamide chain. The presence of silica particles in copolymer was also confirmed with EDX analysis in ash content of hybrid nanocomposite.