تهيه و شناسايي نانوكامپوزيت‌هاي الاستومر پلي‌يورتان مغناطيسي تقويت‌شده با نانوذرات آهن اكسيد اصلاح‌شده با دي‌پدال سيلان

Dipodal Silane-modified Nano Fe3O4/Polyurethane Elastomer Magnetic Nanocomposites: Preparation and Characterization

در اين پژوهش، نانوكامپوزيت­‌هاي الاستومر پلي­‌يورتان مغناطيسي با استفاده از نانوذرات ابرپارامغناطيس آهن اكسيد (Fe3O4) اصلاح نشده و اصلاح سطحي شده با دي­‌پدال سيلان (dipodal silane) به روش پليمرشدن درجا سنتز شدند. در تهيه اين نانوكامپوزيت مغناطيسي از پلي­ ال استري پلي­‌كاپرولاكتون (PCL) استفاده شد. نانوذرات اصلاح نشده به دليل نسبت سطح به حجم زياد و برهم­‌كنش هاي دوقطبي-دوقطبي، تمايل به كلوخه­ شدن دارند و به همين دليل نمي­‌توانند به ­خوبي در ماتريس پليمري توزيع شوند و باعث تضعيف خواص مكانيكي و مغناطيسي مي‌شوند. اصلاح سطحي نانوذرات افزون بر كاهش مقدار تجمع­ يافتگي نانوذرات باعث بر‌هم­‌كنش بهتر نانوذرات با ماتريس پلي­‌يورتاني مي­‌شوند. براي رفع اين مشكل نانوذراتFe3O4 با دي­‌پدال سيلان (DS) اصلاح سطحي شد. اصلاح سطح نانوذرات به وسيله دي­‌پدال سيلان سنتز شده برپايه آمينوپروپيل تري­‌اتوكسي سيلان و گاما-گليسيدوكسي پروپيل تري‌­متوكسي سيلان انجام شد. تشكيل و شناسايي تركيب دي­‌پدال سيلان (تركيب سيلاني دودندانه اي) با روش‌­هاي طيف­سنجي رزونانس مغناطيسي هسته هيدروژن (1H NMR)، طيف‌سنجي زيرقرمز تبديل فوريه (FTIR) و ميكروسكوپي الكتروني عبوري (TEM) بررسي و تاييد شد. شناسايي و مطالعه خواص نانوكامپوزيت‌­هاي الاستومر پلي­‌يورتان مغناطيسي تهيه شده نيز با FTIR،TGA ،SEM ،VSM و DMTA انجام شد. نتايج به­ دست آمده از آزمون TGA بهبود خواص گرمايي نانوكامپوزيت‌هاي تقويت شده با نانوذرات اصلاح شده (Fe3O4@DS) را تاييد كرد. آزمون SEM پراكنش بهتر نانوذرات اصلاح شده را نشان داد. همچنين آزمون VSM نشان داد، نانوكامپوزيت­‌هاي الاستومر پلي­‌يورتان سنتز شده ابرپارامغناطيس هستند.

Magnetic nanocomposites were prepared by incorporation of pure Fe3O4 and surface-modified Fe3O4 nanoparticles (dipodal silane-modified Fe3O4) into a polyurethane elastomer matrix by in situ polymerization method. In preparation of these magnetic nanocomposites, polycaprolactone (PCL) was used as a polyester polyol. Because of dipole-dipole interactions between nanoparticles and a large surface area to volume ratio, the magnetic iron oxide nanoparticles tended to agglomerate. Furthermore, the most important challenge was to coat the surface of magnetic Fe3O4 nanoparticles in order to prepare well dispersed and stabilized Fe3O4 magnetic nanoparticles. It was observed that surface modification of Fe3O4 nanoparticles enhanced the dispersion of the nanoparticles in polyurethane matrices and allowed magnetic nanocomposites to be prepared with better properties. Surface modification of Fe3O4 was performed by dipodal silane synthesized based on 3-aminopropyltriethoxysilane (APTS) and ?-glycidoxypropyl trimethoxysilane (GPTS). Dipodal silane-coated magnetic nanoparticles (DScMNPs) were synthesized and incorporated into the polyurethane elastomer matrix as reinforcing agents. The formation of dipodal silane was investigated by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), proton nuclear magnetic resonance spectroscopy (1H NMR) and transmission electron microscopy (TEM). Characterization and study on the magnetic polyurethane elastomer nanocomposites were performed by FTIR, thermogravimetric analysis (TGA), scanning electron microscopy (SEM), vibrating sample magnetometry (VSM) and dynamic mechanical thermal analysis (DMTA). The VSM results showed that the synthesized polyurethane elastomer nanocomposites had a superparamagnetic behavior. The TGA results showed that the thermal stability of dipodal silane-modified Fe3O4/PU nanocomposite was higher than that of Fe3O4/PU nanocomposite. This could be attributed to better dispersion and compatibility of dipodal silane-modified Fe3O4 nanoparticles in the polyurethane matrix compared to pure Fe3O4 nanoparticles.