تولید و مشخصه‌یابی نانو الیاف نوین با پایداری گرمایی از مخلوط پلی‌آمید66/پلی‌آمید- ایمید

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، کرج ، پژوهشگاه استاندارد، پژوهشکده شیمی و پتروشیمی، گروه پژوهشی نساجی و چرم

2 استادیار، گروه پژوهشی نساجی و چرم، پژوهشکده شیمی و پتروشیمی، پژوهشگاه استاندارد، کرج، ایران

3 استادیار، کرج ، پژوهشگاه استاندارد، پژوهشکده شیمی و پتروشیمی،گروه پژوهشی پتروشیمی

چکیده

استفاده از پلی‌آمیدهای آلیفاتیک در تهیه نانو الیاف با توجه به خاصیت فرآیندپذیری مطلوب و قابلیت بالای الکتروریسی به شدت مورد توجه است. اما این پلیمرها پایداری گرمایی بالایی ندارند که این امر استفاده از آنها را در برخی از کاربردها با محدودیت مواجه ساخته است. یکی از روش‌های حل این مشکل مخلوط کردن با پلیمرهای دیگر است. برای این منظور در پژوهش حاضر برای اولین بار از پلیمر پلی آمید-ایمید (PAI) جدید سنتز شده برای مخلوط کردن با پلی‌آمید66 خالص (PA66) استفاده شد و نانو الیاف PA66 و PA66/PAI حاوی مقادیر مختلف پلیمر PAI با استفاده از روش الکتروریسی تهیه شدند. ریخت‌شناسی، خواص مکانیکی- دینامیکی و پایداری گرمایی نانو الیاف با میکروسکوپ الکترونی پویشی، آنالیز مکانیکی- دینامیکی و گرماسنجی وزنی ارزیابی شد. نتایج نشان می‌دهد که با افزایش میزان پلیمر PAI در محلول ریسندگی، قطر متوسط نانو الیاف از 66±319 نانومتر در نمونه PA66 به 65±522 نانومتر در نمونه حاوی 50% پلیمرPAI افزایش یافته است. آنالیز مکانیکی- دینامیکی نشان می‌دهد که مقدار مدول ذخیره در دمای °C 60، از حدود 85/16 مگاپاسکال در نمونه PA66 به حدود 70 مگاپاسکال در نمونه حاوی 50% پلیمر PAI افزایش یافته و چهار برابر شده است. همچنین با افزودن پلیمر PAI به پلیمر PA66، دمای انتقال شیشه‌ای به مقادیر بالاتر منتقل شده است. با افزایش میزان پلیمر PAI در ماتریس PA66، پایداری گرمایی نانو الیاف به میزان قابل ملاحظه‌ای بهبود یافته و دمای Tmax در نمونه PA66/PAI-50 نسبت به نمونه PA66، °C 65 افزایش را نشان می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] I. Alghoraibi. Fabrication and characterization of polyamide-66 nanofibers via electrospinning technique: Effect of concentration and viscosity, Int. J. Chemtech Res., 7(2014), 974-4290.

[2] L. M. Guerrini, M. C. Branciforti, T. Cava, R. E. S. Bretas. Electrospinning and characterization of polyamide 66 nanofibers with different molecular weights, Mater. Res., 12(2009), 181–190.

[3] S. Wu, B. Wang, G. Zheng, S. Liu, K. Dai, C. Liu, C. Shen. Preparation and characterization of macroscopically electrospun polyamide 66 nanofiber bundles, Mater. Lett., 124(2014),77–80.

[4] Y. Huang, A. Baji, H. Tien, Y. Yang, S. Yang, C. M. Ma, H. Liu, Y. Mai, N. Wang. Self-assembly of graphene onto electrospun polyamide 66 nanofibers as transparent conductive thin films, Nanotechnology,  22(2011), 475603-475610.

[5] Z. Li and C. Wang. Effects of working parameters on electrospinning, in One-Dimensional Nanostructures: Electrospinning Technique and Unique Nanofibers, Springer, Berlin. 2013, 15-29.

[6] L.M. Guerrini, M.C. Branciforti, T. Cava, R.E. Bretas. Electrospinning and characterization of polyamide 66 nanofibers with different molecular weights, Mater. Res., 12(2009), 181-190.

[7] A. Abbasi, M.M. Nasef, M. Takeshi, R. Faridi-Majidi. Electrospinning of nylon-6, 6 solutions into nanofibers: rheology and morphology relationships, Chinese J. Polym. Sci., 1(2014), 793-804.

[8] B.K. Gu, M.K. Shin, K.W. Sohn, S.I. Kim, S.J. Kim, S.K. Kim, H. Lee, J.S. Park. Direct fabrication of twisted nanofibers by electrospinning, Appl. Phys. Lett., 90(2007), 263902.

[9] N.S  Halim, M.D. Wirzal, M.R. Bilad, A.R. Yusoff, N.A. Nordin, Z.A. Putra, J. Jaafar. Effect of solvent vapor treatment on electrospun nylon 6,6 nanofiber membrane. IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng., 429(2018), 012019.

[10] G. Amini, S. Samiee, A.A. Gharehaghaji, F. Hajiani. Fabrication of polyurethane and nylon 66 hybrid electrospun nanofiber layer for waterproof clothing applications. Adv. Polym. Tech., 35(2016), 419-427.

[11]  J. Matulevicius, L. Kliucininkas, D. Martuzevicius, E. Krugly, M. Tichovas, J. Baltrusaitis. Design and characterization of electrospun polyamide nanofiber media for air filtration applications, J. Nanomater., 1(2014), 14-28.

[12] Y. Wan, J. He., J. Yu. Experimental verification of scaling law between current and applied voltage in electrospinning , Iran. Polym. J., 15(2006), 265-268.

[13] S. Ramakrishna, K. Fujihara, W-E. Teo, T-C. Lim, Z. Ma. An introduction to electrospinning and nanofibers , World scientific publishing, Hackensack, NJ. 2005, 20-80.

[14] Y. Chen, R. Huang, Q. Zhang, W. Sun, X. Liu. Synthesis and properties of highly soluble branched polyimide based on 2, 4, 6-triamipyrimidine, High Perform. Polym., 29(2017), 68-76.

[15] Y. Chen, D. Mu, D.Chen. Synthesis, structure and properties of TAP-PMDA hyperbranched polyimides with different terminated groups, J. Macromol. Sci. A, 1(2018), 1-8.

 [16] M. Shabanian, N. Basaki, H. A. Khonakdar, S. H. Jafari, K. Hedayati, and U. Wagenknecht. Novel nanocomposites consisting of a semi-crystalline polyamide and Mg-Al LDH: Morphology, thermal properties and flame retardancy, Appl. Clay Sci., 90(2014), 101–108.

 [17] W. Wang, X. Wang, B. Liu, R. Li, E. Wang, Y. Zhang. Environment-friendly synthesis of long chain semiaromatic polyamides with high heat resistance, J. Appl. Polym. Sci., 114(2009), 2036–2042.

[18] S. Zulfiqar, M. I. Sarwar. Synthesis and characterization of aromatic-aliphatic polyamide nanocomposite films incorporating a thermally stable orgaclay, Nanoscale Res. Lett., 5(2009), 391–399.

[19] M. Trigo-Lopez et al. Recent patents on aromatic polyamides, Recent Patents Mater. Sci., 2(2010), 190–208.

[20] S. Agrawal, A.K. Narula. Facile synthesis of new thermally stable and organosoluble polyamide-imides based on non-coplaner phosphorus and silicon containing amines, J. Chem. Sci., 1(2014), 1849-1859.

[21] M-S. Huang, M-C. Yang, S. Chou. Preparation and properties of thermoplastic polyamide-imide and polyurea-amide-imide/copper foil composites, Polym. Polym .Compos., 1(2005), 777-795.

[22] Z. Rafiee, M. Kolaee. Synthesis and characterization of chiral poly (amide-imide) composite thin films containing functionalized multiwalled carbon nanotubes, J. Thermoplast. Compos. Mater.,  11(2018),0892705717744829.

[23] S. Mallakpour, M. Dinari. Effect of organically modified Ni–Al layered double hydroxide loading on the thermal and morphological properties of l-methionine containing poly (amide-imide) nanocomposites,  RSC Adv., 5(2015), 28007-28013.

[24] P. Thiruvasagam, M. Vijayan. Synthesis of new diacid monomer and poly (amide-imide)s: study of structure–property relationship and applications, J. Polym. Res., 1(2012), 9845-9854.

[25] I. Sava, Compared properties of some poly (amide-imide)s obtained by direct polycondensation,  Bulletin of the Transilvania University of Brasov, Series I: Engineering Sciences, 1(2009), 51-60.

[26] S. Dal Kim, B. Lee, T. Byun, I. S. Chung, J. Park, I. Shin, N. Y. Ahn, M. Seo, Y. Lee, Y. Kim, W.Y. Kim. Poly (amide-imide) materials for transparent and flexible displays, Sci. adv.,1(2018), 577-585.

[27] Y. T. Chang, C. F. Shu. Synthesis of hyperbranched aromatic poly (amide− imide): Copolymerization of B ‘B2 monomer with A2 monomer, Macromolecules, 11(2003), 661-666.

 [28] L. Setiawan, R. Wang, K. Li, A. G. Fane. Fabrication of novel poly (amide–imide) forward osmosis hollow fiber membranes with a positively charged nanofiltration-like selective layer, J. Membrane Sci., 369(2011), 196-205.

[29] S. Agrawal, A. Kumar. Synthesis and characterization of phosphorus containing aromatic poly (amide-imide)s copolymers for high temperature applications, Polym. Bull., 70(2013), 3241–3260.

[30] N. Yamazaki, M. Matsumoto. Reactions of the N-Phosphonium salts of pyridines., J. Polym. Sci.,  13(1975), 1373–1380.

]31 [ گ. سلیم بیگی، ک. نصوری، ا. موسوی شوشتری، اثر غلظت محلول پلیمری بر روی ساختار نانو الیاف پلی(وینیل الکل)، فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین، (1392) 4، 33-21.

[32] J. M. Deitzel, J. Kleinmeyer, D. Harris, N. C. B. Tan. The effect of processing variables on the morphology morphology of electrospun nanofibers and textiles, Polymer, 42)2001(, 261-272.

[33] J. J. Feng. Stretching of a straight electrically charged viscoelastic jet, J. Non-Newton. Fluid Mech., 116(2003), 55-70.

]34[ ا. ربیعی، ا. ا. لنگرودی، ه. جمشیدی، م. گیلانی، تهیه و شناسایی نانو کامپوزیت هیبریدی پلی‌اکریل آمید- نانو ذرات سیلیکا، نشریه علمی-پژوهشی علوم و تکنولوژی پلیمر، (1391) 25، 414-405.

 [35] N. Amiraliyan, M. Nouri, M. H. Kish. Effects of some electrospinning parameters on morphology of natural silk-based nanofibers, J. Appl. Polym. Sci., 113(2009), 226-234.

[36] A. Celebioglu, T. Uyar. Electrospun porous cellulose acetate fibers from volatile solvent mixture, Mater. Lett., 65 (2011), 2291-2294.

[37] S. H. Chen, Y. Chang, K. R. Lee, J. Y. Lai. A three-dimensional dual-layer nano/microfibrous structure of electrospun chitosan/poly(D,L-lactide) membrane for the improvement of cytocompatibility, J. Membrane Sci., 450(2014), 224-234.

[38] M. Dhanalakshmi, J. P. Jog. Preparation and characterization of electrospun fibers of nylon 11, Express Polym. Lett., 2(2008), 540-548.

[39] A. Koski, K. Yim, S. Shivkumar. Effect of molecular weight on fibrous PVA produced by electrospinning, Mater. Lett., 58(2004), 493-497.

[40] S. Koombhongse, W. Liu, D. H. Reneker. Flat polymer ribbons and other shapes by electrospinning, J. Polym. Sci.  B Polym. Phys., 39(2001), 2598-2606.

 [41] F. Mammeri, E. Le Bourhis, L. Rozes, C. Sanchez. Mechanical properties of hybrid organic–inorganic materials, J. Mater. Chem., 15(2005), 3787-3811.