اصلاح نانو ذرات سيليكا با متاكريلواكسي پروپيل تري‌متوكسي سيلان و بررسي اثر نانو ذرات اصلاح شده بر پليمريزاسيون درجاي كوپليمر استايرن- بوتيل اكريلات

Surface Modification of Fumed Silica Nanoparticles with a Methacryloxypropyltrimethoxy Silane Coupling Agent and the Effect of Nanoparticles Surface Treatment on the In-situ Polymerization of Styrene

در اين تحقيق، اثر مقدار متاكريلواُكسي پروپيل تري متوكسي سيلان (MPTMS)، زمان و pH واكنش و نيز مقدار آب بر اصلاح سطحي نانوذرات سيليكا بررسي شده است. برهم‌كنش‌هاي شيميايي احتمالي بين تركيب سيلان‌دار و گروه‌هاي عاملي سطح نانوذرات سيليكا به روش طيف‌سنجي FTIR و ميزان جذب شيميايي و يا فيزيكي تركيب سيلان دار بر روي سطح نانوذرات با استفاده از روش گرما وزن سنجي TGA بررسي شد. در مرحله بعد، 1 % وزني نانوذرات اصلاح نشده و اصلاح شده به روش پليمريزاسيون درجا، در كوپليمر استايرن-بوتيل اكريلات (1:1) پخش گرديد. با استفاده از روش‌هاي LLS و FTIR هويت‌شناسي لاتكس‌هاي سنتز شده انجام گرفت. نتايج به دست آمده از آزمون‌هاي هويت‌شناسي نانوذرات آماده‌سازي شده با تركيب آلكوكسي سيلان، حاكي از برهم‌كنش‌هاي شيميايي تركيب سيلان‌دار با نانوذرات سيليكا بود. بيشترين ميزان پيوندخوري با سطح نانوذرات، حدود 32 % وزني، در شرايط بهينه حداكثر ميزان سيلان و آب، زمان طولاني‌تر واكنش و در pH معادل با 4 به دست آمد. همچنين نتايج آزمون‌هاي FTIR و LLS حاكي از موفقيت واكنش پليمريزاسيون بود. نتايج به دست آمده نشان داد كه استفاده از افزودن نانوذرات سيليكا (اصلاح شده و اصلاح نشده) موجب افزايش اندازه ذرات لاتكس شده و اصلاح سطحي تاثير زيادي بر اندازه ذرات لاتكس تشكيل شده ندارد.

In this work, the effects of methacryloxypropyltrimethoxy silane (MPTMS) molar ratio, reaction’s pH and time, and water amount on the surface modification of fumed silica nanoparticles were studied. Possible interactions between the silane coupling agent and the functional groups on the surface of the silica nanoparticles were studied using Fourier Transform Infrared (FTIR) spectroscopy. The grafting of MPS compounds on the nanoparticles surface was characterized using Thermo Gravimetric Analysis (TGA) technique. Then untreated (PSB-Si) and treated (PSB-MPS) fumed silica nanoparticles were included into the styrene: butyl acrylate wt. % ratio of 1:1 emulsion latex, throughout in-situ polymerization method. The synthesized latex samples were characterized using; FTIR and Laser Light Scattering (LLS) techniques. The results of characterization studies revealed the chemical interactions of silane compounds with silica nanoparticles with about 32 wt. % grafting. The silane and water amount, reaction time and pH, have significant effect on the nanoparticles grafting as a result of higher silane hydrolysis. The result of LLS and FTIR studies indicated that the polymerization reaction performed successfully and the inclusion of either untreated or treated nanoparticles has a main effect on the latex particles size.