نانو ماده آلی POSS ضد آب ضد روغن پارچه‌های پنبه‌ای

نانو ماده آلی POSS ضد آب ضد روغن پارچه‌های پنبه‌ای – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه شیمی

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

چگونگی سفارش مقاله

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.

قیمت

قیمت این مقاله: 38000 تومان (ایران ترجمه - Irantarjomeh)

توضیح

بخش زیادی از این مقاله بصورت رایگان ذیلا قابل مطالعه می باشد.

نانو ماده آلی/ معدنی با پایه POSS ضد آب و ضد روغن جدید: تهیه، تعیین خصوصیات و کاربرد در پارچه‌های پنبه‌ای

چکیده

مجموعه‌ای ترپلیمرهای ترکیبی با پایه سیلس کیوکسان الیگومری چند وجهی (POSS) P(POSS-MMA-(HFPO)3MA) سنتز شده‌اند و خصوصیات آنها بوسیله NMR, FT-IR, GPC, DSC  و TG تعیین گردیدند. خواص گرمایی این ترپلیمرها با ورود قفس POSS اصلاح شدند. پارچه‌های پنبه‌ای پوشیده شده با این ترپلیمرها، آبگریزی و روغن گریزی عالی از خود نشان می‌دهند. پارچه‌های پنبه‌ای پوشیده شده با این ترپلیمرها، آبگریزی و روغن گریزی عالی از خود نشان می‌دهند. هنگامی که محتوای POSS در این ترپلیمرها از ۴/۶ درصد وزنی تا ۴/۱۳ درصد وزنی افزایش می‌یابد، زاویه تماس آب و روغن سالاد به ترتیب از تقریبا ۱۴۰ درجه به ۱۵۲ درجه و از تقریبا ۱۲۷ درجه به ۱۴۴ درجه می‌رسد. پارچه‌های پنبه‌ای پوشیده شده با ترپلیمر دارای پایه POSS ، در مقایسه با پارچه‌های پنبه‌ای پوشیده شده با کوپلیمر P(MMA-(HFPO)3MA) روغن گریزی بهتری از خود نشان می‌دهند و با افزایش محتوای POSS،‌ این تمایل ابتدا افزایش و سپس کاهش می‌یابد. زاویه تماس –n هگزادکان (کشش سطحی: mN/m 4/27، ۲۰ درجه سانتیگراد) در پارچه‌های پنبه‌ای پوشیده شده با ترپلیمر محتوی ۵/۹ درصد وزنی POSS به تقریبا ۱۱۷ درجه می‌رسد.

واژگان کلیدی: ابر آبگریزی روغن گریز، نانو ماده

نانو ماده آلی POSS ضد آب ضد روغن پارچه‌های پنبه‌ای

۱- مقدمه

سطح آبگریز و روغن گریز بخاطر کاربردهایشان در حوزه‌های مختلف نظیر رنگ خود تمیز شونده، لباسهای ورزشی و بیرونی، لایه‌های زیست دارویی، حسگرهای تکمیلی، کانالهای میکروفلوییدی علاقه روز افزونی را به خود جلب کرده‌اند[۴-۱]. چنین سطوحی معمولا بوسیله ترکیب ساختار هندسی سطح و ترکیبات شیمیایی دارای انرژی سطح پایین حاصل می‌شوند[۵]. تشخیص آبگریزی به علت کشش سطحی بالای آب (mN/m 27 ~) دشوار نیست. سطوح آبگریز یا حتی ابر آبگریز که بوسیله ترکیب زبری سطح و کاهش انرژی آزاد سطح حاصل می‌شوند در سالیان اخیر به گستردگی گزارش شده‌اند[۱۰-۶].

با این وجود، جای تردید است که چند سازه‌های فلوئوروآلکیل دراز زنجیر محتوی الکلهای تلومر فلوئوردار شده هستند یا به این الکلها تجزیه می‌شوند و سپس به پرفلوئورو کربوکسیلاتهای محتوی پرفلوئورواوکتانوآت (PFOA) که عموما در حیات وحش، انسانها و محیط زیست شناسایی می‌شوند، تبدیل می‌گردند. تحقیقات بیان می‌کنند  که PFOAها، پرفلوئورواوکتیل سولفات (PFOS) و مواد دیگر محتوی زنجیر پرفلوئوروآلکیل (CnF2N+1, n ≥ ۸) در حیات وحش و بدن انسانها انباشته شده و منجر به خطرات بالقوه‌ای برای سلامتی انسان‌ها گردیده و باعث نگرانیهای زیست محیطی می‌شوند[۳۶-۳۷]. 

خوشبختانه، این نکته اثبات شده که هیدروفلوئورو پلی‌اتر اصلا ایجاد سوزش و حساسیت پوستی نمی‌کند، در آزمایشگاه یا در محیط طبیعی،  هیچ فعالیت ژنوتوکسیک (سیمت ارثی) قابل تشخیصی ندارد و هیچ حساسیت قلبی ایجاد نمی‌کند[۳۸]. به نظر می‌رسد که فلوئورو پلی‌اتر جایگزین برجسته‌ای برای پر فلوئوروآلکان دراز زنجیر  باشد که علت آن خواص فیزیکی و شیمیایی آن نظیر مقاومت شیمیایی بالا، توانایی روان سازی (چرب کنندگی) بالا، انرژی سطحی پایین و سمیت کم آن می‌باشد[۳۸-۳۹]. 

در این مقاله، گروه جدیدی از پلیمرهای فلوئوردار شده سازگار با محیط زیست که محتوی گروههای فلوئورو پلی‌اتر و POSS می‌باشند از طریق پلیمریزاسیون افزایش رادیکالی متداول تهیه شده‌اند.  ترکیب، خواص گرمایی پلیمرها و مورفولوژی (ریخت شناسی)،  قابلیت تر شدگی پارچه‌های پنبه‌ای پوشیده شده با پلیمر تعیین شده‌اند. مکانیسم ممکن و اثر محتوی POSS بر آبگریزی و روغن گریزی پارچه‌های پنبه‌ای پوشیده شده نیز مورد بحث قرار گرفته است.

نانو ماده آلی POSS ضد آب ضد روغن پارچه‌های پنبه‌ای

۲- بخش تجربی

۲-۱ مواد

متیل متاکریلات (۹۸%) از شرکت واکنشگر، شیمیایی سینوفارم با مسئولیت محدود (شانگهای، چین) خریداری شد و قبل از استفاده از کلسیم هیدرید تحت خلأ تقطیر شد. ۲ و ۲’ – آزو بی سیسوبوتیرونیتریل (AIBN) نیز از شرکت واکنشگرهای شیمیایی سینوفارم با مسئولیت محدود خریداری شد و از متانول تبلور مجدد شد. سیلس کیوکسان اولیگومری اوکتاوینیل پلی هدرال (چند وجهی) (OV-POSS) (99%) از شرکت مواد شیمیایی شنیانگ میکسی فاین با مسئولیت محدود (شنیانگ، چین) خریداری شد. پروفلوئوروپلی اتر، ۲، ۳، ۳و ۳- تترافلوئورو- ۲- (۱، ۱، ۲، ۳، ۳ و۳- هگزافلوئورو-۲ (پرفلوئوروپروپوکسی) پروپوکسی) پروپانویل فلوئورید (THPF) از موسسه شیمی آلی شانگهای، آکادمی چینی علوم به دست آمد. ساختار مولکولی THPF می تواند به وسیله فرمول زیر نشان داده شود:  لیتیم آلومینیوم هیدرید از شرکت تجاری سیگما- آلدریچ شانگهای با مسئولیت محدود (شانگهای، چین) خریداری شد. تترا هیدروفوران (THF) بلافاصله قبل از استفاده از سدیم/ بنزوفنون تقطیر شد. لیتیم آلومینیوم هیدرید، OV-POSS و سایر مواد شیمیایی به همان صورت دریافت شد و بدون
خالص سازی بیشتر مورد استفاده قرار گرفتند.

۲-۲ خصوصیات و اندازه گیری ها

طیفهای NMR در دمای محیط و بر روی دستگاه AV400 Bruker که برای هسته های ^۱H، ^۱۹H و ^۲۹Si مربوط به ترتیب در فرکانس های ۱/۴۰۰، ۵/۳۷۶ و ۵/۷۹ عمل می کند، ثبت گردید. تترامتیل سیلان (TMS) به عنوان مرجع شیفت (جابجایی) شیمیایی داخلی برای HNMR به کار برده شد، جابجایی به میدان های پایین به صورت مثبت نشان داده می شود. طیفهای FT-IR بر روی یک اسپکترومتر FT-IR (Avatar 380) با استفاده از کریستال KBr در ناحیه فرو سرخ cm^-1 100-4000  ثبت شد.

۲-۳ سنتز مونومر

۲، ۳، ۳ و ۳- تترافلوئورو-۲- (۱، ۲، ۳، ۳ و ۳- هگزارفلوئورو -۲- (پرفلوئورو- پروپوکسی) پروپوکسی) پروپیل متاکریلات  [(HFPO)₃MA] بر اساس مرجع [۴۴] به صورت نشان داده شده در طرح ۱ سنتز گردید.

۲-۴ پلیمریزاسیون پلیمرهای P(POSS-MMA-(HFPO)3MA)

در یک روش پلیمریزاسیون نوعی، در یک فلاسک سه دهانه مجهز به متراکم کننده و دهانه ورودی N₂، MMA, (5mL) THF (g3/0، mmol3)، و Ov- POSS به مقدار مناسب افزوده شده و سپس ۱/۰ وزنی AIBN نسبت به مونومرها اضافه شد. محلول به مدت ۳۰ دقیقه به هم زده شد و با N₂ گاز زدایی شد و سپس به مدت ۴ ساعت در دمای ۶۰ درجه سانتی گراد نگهداشته شد. (HFPO)₃MA (g8/0، mmol5/1) و ۱/۰ وزنی AIBN افزوده شد. به محلول اجازه داده شد به مدت ۲۰ ساعت در دمای ۶۰ درجه سانتی گراد به هم زده شود و سپس تحت به هم زدن شدید، قطره قطره تا ۱۰ برابر مقدار اضافی کلروفرم / متانول (V/V=1/30) افزوده شد. سپس، رسوب صاف شد و مجددا در کلروفرم حل شد و در مجددا در کلروفرم / متانول (V/V=1/30) رسوب داده شد.

۲-۵ فرآوری پارچه های پنبه ای با پلیمرها

پارچه های پنبه ای تکه تکه شده، شسته شده و تمیز شده (cm10 × cm3، حدود g3/0) در محلول پلیمرهای ۰٫۰۱ g/mL (THF به عنوان حلال) به مدت ۲ ساعت خیسانده شد. پارچه های پنبه ای به مدت ۳۰ دقیقه در دمای ۸۰ درجه سانتی گراد خشک شدند و سپس به مدت ۳ دقیقه در دمای ۱۶۰ درجه سانتی گراد فرآوری شدند.

نانو ماده آلی POSS ضد آب ضد روغن پارچه‌های پنبه‌ای

۳- نتایج و بحث

۳-۱ خالص سازی و تعیین خصوصیات ترپلیمرها

ترپلیمرهایP(POSS-MMA-(HFPO)₃MA)  با مقادیر مختلف POSS به صورت رادیکالی پلیمریزه شدند (طرح ۲).

در طیف Si NMR مربوط بهP(POSS-MMA-(HFPO)₃MA)  (P4) (شکل ۱)، پیکهای ۳/۷۹- و ppm 7/65- به ترتیب به اتمهای سیلیسیوم متصل شده به گروه های وینیل واکنش نداده و واکنش داده اختصاص دارند. حضور سیگنال در ppm 7/65 این نکته را تایید می کند که Ov-POSS در پلیمریزاسیون رسوب می کند. تعداد گروههای وینیل واکنش داده تمام ترپلیمرها در  محدوده ۳/۳ تا ۵/۳ بر اساس اطلاعات آنالیزهای عنصری Si و NMR ¹H محاسبه گردید. گروه های وینیل باقیمانده فرصتی برای ورود سایر گروه های عاملی به ترپلیمرها در کاربردهای دیگر فراهم می سازد.

۳-۲ آنالیز گرمایی

خواص گرمایی پلیمرهای سنتز شده به وسیله آنالیز ترموگراویمتری (گرما وزن سنجی) (TGA) و کالریمتری پویشی تفاضلی (DSC) بررسی شده است. خصوصیات پلیمرها در ارتباط با خواص گرمایی نیز در جدول ۱ نشان داده شده است. دمای انتقال شیشه ای (Tg) با افزایش میزان POSS به طور خطی افزایش می یابد. T_g برای P(POSS-MMA-(HFPO)₃MA (P1)، ۱/۳۳ درجه سانتی گراد است و پس از پیوستن ۴/۱۳ درصد وزنی POSS برای
 P(POSS-MMA-(HFPO)₃MA (P4) به ۴/۷۸ درجه سانتی گراد افزایش می یابد. علت اصلاح زیاد T_g احتمالا این است که بخش های POSS در ترپلیمرهایی که از حرکت زنجیرهای P(POSS-MMA-(HFPO)₃MA  در بستر پلیمر جلوگیری می کند، پخش می شود [۴۵]. برای مقایسه پایداری های گرمایی، دمای فرایند (T_d) و دمای کاهش وزن ۵% وزنی (T₅) از TGA بدست می آیند. هم T_d و هم T₅ با افزایش میزان POSS افزایش می یابند. علاوه براین، وزن زغال باقیمانده نیز با افزایش میزان POSS افزایش می یابد.

۳-۳ مورفولوژی (ریخت شناسی) سطحی پارچه های پوشیده شده

برای بررسی مورفولوژی پلیمرها بر روی پارچه های پنبه ای و سوبستراهای شیشه ای از
 FE-SEM استفاده شد. ذرات Ov- POSS می توانند در محلول THF حل شوند و بر روی شیشه اسلاید رسوب کنند. شکل (A)6 تصاویر FE-SEM مربوط به Ov- POSS رسوب کرده بر روی شیشه اسلاید را نشان می دهد و این نکته را خاطر نشان می کند که اندازه توده  Ov- POSS، nm60-30 است (در مستطیل قرمز دیده می شود) و اندازه توده کریستال بزرگتر از nm1000 می باشد. سطوح پارچه های پوشیده شده با P1 (شکل (B) 6) به علت عدم حضور واحد POSS در P1 چنین نانو ذرات سفیدی ندارد. در مقابل، ذرات سفید کمتر از nm100 به طور منظم بر روی سطوح پارچه ای پنبه ای پوشیده شده با P3, P2 و P4 توزیع می شوند (شکل (E)– (C)6).

۳-۴ مشخصه مرطوب شدگی پارچه های پوشیده شده

آبگریزی سطوح پارچه پنبه ای پوشیده شده با اندازه گیری های زاویه تماس (CA) آب ارزیابی شد. علاوه براین، مهمترین پارامتر برای حرکت ریز قطره های آب بر روی یک سطح، مقدار پسماند CA، نیز اندازه گیری شد.

نانو ماده آلی POSS ضد آب ضد روغن پارچه‌های پنبه‌ای

۴- نتیجه گیری

گروه جدیدی از پلیمر های آبگریز و روغن گریز محتوی بخش های POSS و  فلوئورو پلی اتر تهیه شده و خصوصیات آنها با موفقیت تعیین شده است. با افزایش میزان POSS در محدوده تحقیق ما، پایداری گرمایی و آبگریزی بهتر برای ترپلیمر حاصل شد. آبگریزی و روغن گریزی ترپلیمر می تواند با کنترل نسبت خوراک Ov-POSS اصلاح شود. پارچه های پنبه ای پوشیده شده با ترپلیمرها    می توانند ابر آبگریزی و ابر روغن گریزی ایجاد نمایند.

علاوه بر این، بخش POSS در ترپلیمر، سوختن پارچه های پنبه ای پوشیده شده در هوا را تا اندازه ای به وسیله تشکیل لایه زغال محافظ، کاهش می دهد (ملایم می کند). سرانجام، ترپلیمر می تواند از گروه های وینیل واکنش نداده در بخش های POSS ، دارای گروه های عاملی دیگری شود و بنابراین می تواند برای کاربردهای بالقوه مختلف توسعه داده شود.