عنوان

سنتز پلی‌آمید و پلی‌ایمیدهای محلول آلی و مقاوم حرارتی جدید حاوی بخش زانتن و نانوکامپوزیت‌های مربوطه: بررسی خواص و کاربردها

Number

پ۲۵۳۱۱

.Language of Text, Soundtrack etc

per

Title Proper

سنتز پلی‌آمید و پلی‌ایمیدهای محلول آلی و مقاوم حرارتی جدید حاوی بخش زانتن و نانوکامپوزیت‌های مربوطه: بررسی خواص و کاربردها

First Statement of Responsibility

دیاری خاکی

Name of Publisher, Distributor, etc.

شیمی

Date of Publication, Distribution, etc.

۱۴۰۰

Specific Material Designation and Extent of Item

۲۶۶ص.

Accompanying Material

سی دی

Dissertation or thesis details and type of degree

دکتری

Discipline of degree

شیمی آلی

Date of degree

۱۴۰۰/۰۶/۳۱

Text of Note

در این پروژه تحقیقاتی، ابتدا سری پلی‌آمید و پلی‌ایمید مقاوم حرارتی جدید بر پایه زانتن که شامل پیوندهای اتری، حلقه‌های آویخته، گروه‌های تری‌فلوئورو متیل (-CF3)، حلقه ایمیدازول و بخش فلوئورن بودند از پلیمریزاسیون مستقیم مونومرهای دی‌آمینی با دی‌کربوکسیلیک اسیدها و دی‌انیدریدهای رایج مختلف سنتز شدند. از تکنیک‌های مختلفی از جمله FT-IR، 1H-NMR، 13C-NMR و آنالیز عنصری (CHN) جهت شناسایی و تایید نهایی ساختاری مونومرها و پلیمرهای به‌دست آمده استفاده شد. از آنالیزهای گرما-وزن‌سنجی (TGA) و گرماسنجی افتراقی (DSC) برای بررسی میزان مقاومت حرارتی پلیمرها استفاده شد. نتایج حاصله نشان داد که این دسته از پلیمرها تهیه شده دارای مقاومت حرارتی بسیار خوبی هستند، پلیمرهای فلوئوردار و بدون فلوئور بر پایه زانتن دارای مقدار کاهش وزن 10 درصد (T10) 395 تا oC 508 و مقدار دمای انتقال شیشه‌ای (Tg) 192 تا oC 263 بودند، پلیمرهای بر پایه حلقه ایمیدازول دارایoC 420-504 T10 = وoC 181-306 Tg =بودند، همچنین پلیمرهای حاوی حلقه فلوئورن با میزان oC 422-536 T10 = و دارایoC 208-322 Tg = دارای بیشترین میزان پایدار حرارتی نسبت به دو دسته پلیمر دیگر بودند. پلی‌آمیدها و پلی‌ایمیدها با تابش نور UV نشر فلوئورسانس از خود نشان دادند، و در این میان پلیمرهای حاوی بخش حلقه ایمیدازول نسبت به دو دسته پلیمر بر پایه حلقه فلوئورن و حاوی گروه‌های -CF3بیشترین میزان نشر نوری را از خود نشان داد. پلی‌آمیدها و پلی‌ایمیدها به علت دارا بودن ساختار سخت و برهم‌کنش‌های زنجیره‌ای قوی، دمای ذوب (Tm) و دمای انتقال شیشه‌ای (Tg) بالایی دارند و اینها به نوبه خود حلاليت آنها را در حلال‌های آلي کاهش داده و فرآيندپذيری آنها را مختل می‌کند. بنابراین کاربرد آنها در زمینه‌های مختلف محدود می‌شود. با در نظر گرفتن این موضوع می‌توان گفت معرفی اتصال اتری انعطاف‌پذیر (-O-)، سیستم‌های آروماتیکی، گروه‌های جانبی حجیم و قطبی مانند CF3، وارد کردن گروه زانتن، گروه‌های آویخته حجیم حاوی حلقه ایمیدازول و وارد کردن ساختارهای اسپیرو (کاردو) در اسکلت‌بندی پلی‌آمیدها و پلی‌ایمیدها مانع نزدیک شدن زنجیره‌های پلیمری به هم شده و از درهم‌تنیدگی آنها جلوگیری می‌کند، بنابراین همه آنها دارای حلالیت خوبی در حلال‌های رایج آلی از جمله DMSO، NMP، DMF و DMAc خواهند بود. با استفاده از آنالیز XRD میزان ساختار بلورین همه پلیمرها مورد مطالعه قرار گرفت و الگوهای به دست آمده نشان داد که این دسته از پلیمرها به واسطه داشتن گروه‌های آمیدی، ایمیدی و پیوندهای اتری انعطاف‌پذیر و همچنین حضور گروه‌های حجیم و ایجاد فاصله بین زنجیره‌های پلیمری توسط آنها دارای خاصیت آمورف (بی‌شکل) هستند.پلیمرهای مربوطه به علت دارا بودن بخش آلی در ساختار اصلی آنها در معرض تخریب سریع در برابر حرارت قرار دارند، از اینرو در بخشی دیگر از این کار یک سری نانوکامپوزیت پلی‌آمیدی و پلی‌ایمیدی شامل نانوذرات گرافن اکسید، دی‌اکسید سیلیسیم، تیتانیوم اکسید و زینک اکسید اصلاح شده تهیه شدند. نانوذرات با درصد وزنی 20 درصد وزنی نسبت به وزن پلیمر در بافت پلیمری به طور یکنواخت پخش و نانوکامپوزیت‌های مربوطه با موفقیت ســنتز شدند. آنالیزهای TF-IR، XRD، FE-SEM، EDX و TGA برای شناسایی نانوکامپوزیت‌های مختلف به کار گرفته شدند. نتایج حاصل از TGA گواه بر این است که حضور نانوذره به عنوان پرکننده در فاز پلیمری باعث افزایش مقاومت حرارتی پلیمر مربوطه می‌شود. حضور حلقه‌های هتروسیکلی (زانتن و ایمیدازول) به این دسته از پلیمرها و نانوکامپوزیت‌های تهیه شده خواص ضد میکروبی خوبی در مقابل باکتری‌های گرم-منفی و گرم-مثبت و قارچ‌ها بخشیده است. بررسی‌ها نشان داد نانوکامپوزیت‌ها به واسطه داشتن بخش نانوذره دارای خاصیت بازدارندگی بهتری نسبت به خود پلی‌آمید یا پلی‌ایمید در مقابل باکتری‌ها و قارچ‌ها بودند، همچنین پلیمرهای حاوی حلقه ایمیدازول نسبت به پلیمرهای فاقد این گروه دارای فعالیت ضد میکروبی بهتری بودند.در بخش دیگری از کار از یک سری پلی‌آمید و پلی‌ایمیدها و همچنین نانوکامپوزیت‌های مربوطه به علت دارا بودن گروه‌های عاملی مختلف به عنوان جایگاه‌های مناسب جـهت کیلیت شدن با فلزات سـنگین (Cr6+، Hg2+ و Co2+) به عنـوان جاذب برای استخراج این دسته از آلایـنده‌ها از محـلول آبی با غلظت اولیه ppm 20 و با 7-8 pH = به کار گرفته‌ شدند. نتایج حاکی بر آن است که نانوکامپوزیت‌ها دارای ظرفیت جذب بالاتری با میزان راندمان جذب سطحی (R%) 85/%79 و 45/87% برای حذف Cr6+ نسبت به خود پلیمرهای مربوطه با راندمان جذب سطحی 05/%36 و 15/39% بودند و برای حذف یون‌های Hg2+ و Co2+ برای کامپوزیت‌ها به ترتیب 70/63-89/62 R% = و 15/85-77/76 R% = گزارش شد. در بخش نهایی کار از پلی‌آمید و پلی‌ایمیدهای دارای بخش فلوئورن به عنوان جاذب برای حذف آلاینده رنگ متیلن بلو از محلول آبی با غلظت ppm 100 و 7 pH = مورد بررسی قرار گرفتند که در این میان ماکزیمم جذب با مقادیر 28/97-72/94 R% = مربوط به نانوکامپوزیت‌های پلیمری بود.همچنین خاصیت ضد سرطانی دو نمونه از این دسته پلیمرها (PA-5 و PI-C) بر علیه رده سلول‌های سرطانی A431 و TH29 و همچنین رده سلولی نرمال HFF بررسی شد و نتایج خاصیت سمیت سلولی قوی‌تری نسبت به رده سلول‌های سرطانی A431 برای هر دو ترکیب PA-5 باM µ 7/18 IC50 = و PI-C با µM 3/29 IC50 = نشان داد، همچنین سلول‌های نرمال دارای کمترین حساسیت نسبت به دو ترکیب مربوطه بودند

Text of Note

Abstract:In this research project, a series of novel heat-resistant xanthene-based polyimides and polyamides, including ether linkages, pendant rings, trifluoromethyl (–CF3) groups, imidazole rings, and fluorene segments, were first synthesized by direct polymerization of diamine monomers with dicarboxylic acids and various common dianhydrides. Various techniques such as FT-IR, 1H-NMR, 13C-NMR and elemental analysis (CHN) were used to identify and final approval the obtained structural monomers and polymers. Thermogravimetric analysis (TGA) and differential scanning calorimetry (DSC) were used to evaluate the thermal resistance of polymers. The results demonstrated that these prepared polymers have excellent thermal resistance. Fluorinated and nonfluorinated polymers based on xanthene had 10% weight loss temperatures (T10) within the range of 395-508 °C and the glass transition temperatures (Tg) in the range of 192-263 ∘C, imidazole-based polymers possess T10 = 420-504 oC and Tg = 181-306 oC, also polymesr containing fluorene ring with T10 = 422-536 oC and Tg = 308-322 oC had the highest thermal stability compared to the other two polymer groups. Polyamides and polyimides showed fluorescence emission by UV irradiation, and among these, the polymers containing the imidazole ring showed the highest amount of light emission compared to the two categories of fluorene-based and containing the -CF3 groups polymers. Polyamides and polyimides have high melting point (Tm) and glass transition temperature (Tg) due to their rigid structure and strong chain interactions. These in turn reduce their solubility in organic solvents and impair their processability. Therefore, their application in various fields is limited. With this in mind, it can be said that the introduction of flexible ether linkages (-O-), aromatic systems, bulky and polar side groups such as -CF3, xanthene group, bulky pendant groups containing imidazole ring and spiro structures (cardo) into the backbone of polyimides and polyamides hinder polymer chains from approaching each other and prevents from their packing; therefore, all of them will have good solubility in common organic solvents including DMSO, NMP, DMF and DMAc. Using XRD analysis, the crystalline structure of all polymers was studied and the obtained patterns showed that these polymers are flexible due to their amide, imide groups and ether linkages, as well as the presence of bulky groups and the creation of space between polymer chains by them have amorphous property.Relevant polymers are subject to rapid heat degradation due to their organic part in their main structure. Therefore, in another part of this work, a series of polyimide and polyamide nanocomposites including modified graphene oxide, silicon dioxide, titanium oxide and zinc oxide nanoparticles were prepared. Nanoparticles with a weight percentage of 20 wt% relative to the weight of the polymer were evenly dispersed in the polymer fabric and the corresponding nanocomposites were successfully synthesized. TF-IR, XRD, FE-SEM, EDX and TGA analyzes were used to identify different nanocomposites. The results of TGA show that the presence of nanoparticles as fillers in the polymer phase increases the thermal resistance of the polymer. The presence of heterocyclic rings (xanthene and imidazole) has given these polymers and prepared nanocomposites good antimicrobial properties against gram-negative and gram-positive bacteria and fungi. Studies have shown that nanocomposites have better inhibitory properties than polyimide or polyamide against bacteria and fungi due to their nanoparticle fraction. Also, polymers containing imidazole ring had better antimicrobial activity than polymers without this group.In another part of the work, a series of polyimides and polyamides as well as related nanocomposites was used due to having different functional groups as suitable sites for chelating with heavy metals (Cr6+, Hg2+ and Co2+) as the adsorbents for the extraction of these pollutants from the aqueous solution with an initial concentration of 20 ppm and pH = 7-8. The results show that nanocomposites have higher adsorption capacity with adsorption efficiency (R%) of 79.85% and 87.45% to remove Cr6+ compared to the corresponding polymers with adsorption efficiency of 36.05% and 39.15%, And for the removal of Hg2+ and Co2+ ions for composites, R% = 63.89-63.70 and R% = 76.77-85.15, respectively, were reported. In the final part of the work, polyimides and polyamides with fluorene fraction were used as adsorbents to remove methylene blue dye contaminants from aqueous solution with concentrations of 100 ppm and pH = 7. Among these, the maximum adsorption with values of R% = 94.72-97.28 was related to polymer nanocomposites.Also, the anti-cancer properties of two samples of these polymers (PA-5 and PI-C) against A431 and TH29 cancer cell lines as well as normal HFF cell line were investigated and results exhibited the remarkable anti-proliferative effect toward A431 cell line by both PA-4 with IC50 = 18.7 μM and PI-C with IC50 = 29.3 μM, also weak anti-proliferative effect was realized for two polymers on HFF cells.

Variant Title

Synthesis of novel organo soluble and thermal resistant polyamides and polyimides containing xanthene unit and relevant nanocomposites: investigation of properties and applications

Entry Element

خاکی

Part of Name Other than Entry Element

‏ دیاری

Relator Code

تهيه کننده

Entry Element

نمازی

Entry Element

امینی نسب

Part of Name Other than Entry Element

‏ حسن

Part of Name Other than Entry Element

‏ سید مجتبی

Dates

استاد راهنما

Dates

استاد مشاور

Entry Element

تبریز