سنتز و خصوصیات فیلم های نانوکامپوزیت کوپلی ایمید-سیلیکا سولفونه شده جدید

نوع مقاله: مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

گروه شیمی، دانشکده علوم، دانشگاه یاسوج، ایران

10.22075/chem.2019.18263.1670

چکیده

4،'4-دی‌آمینو دی‌فنیل اتر 2،'2-دی‌سولفونیک اسید (ODADS) به عنوان یک دی آمین سولفونه به وسیله سولفونه شدن مستقیم دی آمین 4،'4-در آمینودی فنیل اتر در حضور اسیدسولفوریک دود کننده تهیه می شود. علاوه بر آن، مونومر دی آمین حاوی زانتن در چهار مرحله به وسیله تراکم بتا-نفتول و 4-نیتروبنزالدئید در حضور کاتالیزور پارا-تولوئن سولفونیک اسید، کاهش ترکیب دی نیترو، واکنش جانشینی نوکلئوفیلی آمین و 5،3-دی نیترو بنزوئیل کلرید و متعاقبا کاهش ترکیب دی نیترو سنتز می گردد. سپس یک سری نانوکامپوزیت های کوپلی ایمید سولفونه / سیلیکا جدید با درصدهای مختلف سیلیکا به طور موفقیت آمیزی از طریق تشکیل درجای سیلیکا درون ماتریس پلیمر به روش سل-ژل سنتز شدند. محلول پلی(آمیک اسید) از 8،5،4،1- نفتالن تتراکربوکسیلیک دی انیدرید، ODADS و دی آمین سولفونه نشده 5،3-دی آمینوبنزوئیل آمینوفنیل-H14-دی بنزو[a،j]زانتن درحلال N-متیل پیرلیدون تهیه شدند. در نهایت، فیلم های هیبریدی به وسیله هیدرولیز-پلیمر شدن تراکمی پیش ماده های سیلیکا، (3-امینوپروپیل)تری اتوکسی سیلان و تترا اتوکسی سیلان در محلول پلی(امیک اسید) بدست آمدند و سپس جهت تولید نانوکامپوزیت های پلی ایمید سولفونه/سیلیکا به طور گرمایی ایمیده شدند. ساختار شیمیایی و مورفولوژی نانوکامپوزیت های هیبریدی حاصل به وسیله طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه، تفرق اشعه X و میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) بررسی شدند. هدایت الکتریکی مواد به وسیله پتانسیومتر اندازه گیری شد. نتایج TEM نشان داد که ذرات سیلیکا به خوبی با اندازه ذرات بین 50 الی 70 نانومتر در ماتریس پلیمر پخش شده اند. نتایج آنالیز گرماسنجی نشان داد که افزایش سیلیکا درون ماتریس پلی ایمید سولفونه، پایداری حرارتی نانوکامپوزیت های بدست آمده را به دلیل افزایش برهمکنش و پخش خوب سلیکا درون ماتریس پلی ایمید افزایش می دهد. پایداری حرارتی نانوکامپوزیت های تهیه شده با افزایش درصد سیلیکا افزایش پیدا می کند. نانوکامپوزیت های تهیه شده پایداری خوب در برابر آب و هدایت الکتریکی بالایی را نشان دادند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Synthesis and properties of novel sulfonated copolyimide-silica nanocomposite films

نویسندگان [English]

  • Mohsen Akhtarkavian
  • Zahra Rafiee
Department of Chemistry, Yasouj University, Yasouj 75918-74831, Islamic Republic of Iran.
چکیده [English]

4,4'-Diaminodiphenyl ether-2,2'-disulfonic acid (ODADS) as a sulfonated diamine was fabricated by direct sulfonation of diamine, 4,4'-diaminodiphenyl ether in the presence of fuming sulfuric acid as the sulfonating agent. Additionally, a xanthene-containing diamine monomer was prepared in four steps, by the condensation of β-naphtol and 4-nitrobenzaldehyde in the presence of p-toluenesulphonic acid catalyst, reduction of the nitro intermediate, the nucleophilic substitution reaction of amine and 3,5-dinitrobenzoyl chloride, and subsequent reduction of the dinitro compound. The diamine monomer could be obtained in quantitative yield. Then, a series of new sulfonated polyimide/silica nanocomposites with different percentages of silica have been successfully synthesized through the in situ formation of silica within a polymer matrix via sol-gel process. Poly(amic acid) solution is prepared from 1,4,5,8-naphthalenetetracarboxylic dianhydride, ODADS and nonsulfonated diamine, 3,5-diamino benzoyl amino phenyl-14H-dibenzo[a,j]xanthene in N-methyl-2-pyrrolidinone solvent. Finally, the nanocomposites films were obtained by the hydrolysis-polycondensation of silica precursors (3-aminopropyl)triethoxysilane (APTES) and tetraethoxysilane (TEOS) in poly(amic acid) solution and then thermally imidized to form polyimide/silica nanocomposites. The chemical and morphological structure of the hybrid nanocomposites were characterized by Fourier transform infrared spectroscopy, X-ray diffraction, and transmission electron microscopy. The electrical conduction of materials was measured by potentiometer. The results of TEM show that the silica particles are well dispersed in the copolyimide matrix with particle size between 50 and 70 nm in diameter. Thermogravimetric analysis results indicated that the addition of silica into the sulfonated polyimide matrix was increased the thermal stability of the resulted nanocomposites owing to the enhanced interaction and good dispersion the silica into the polyimide matrix. The prepared nanocomposites were exhibited good water stability as well as great electrical conduction.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Sulfonated polyimide
  • Nanocomposite
  • Silica
  • Sol-gel process
  • Poly(amic acid)