Süperparamanyetik nano-manyetit içeren lateks eldesi ve karakterizasyonu

Abstract

Sunulan çalışmada, emülgatörsüz emülsiyon polimerizasyon sistemi kullanılarak süperparamanyetik lateks sentezi hedeflenmiştir. Manyetit nanoparçacıkları ortak çöktürme yöntemiyle sentezlenmiş ve pH, sıcaklık, Fe(II)/Fe(III) oranı, karıştırma hızı ve ortam (azot veya hava) parametrelerinin parçacık boyutu ile boyut dağılımı üzerine etkisi incelenmiştir. Parçacıkların X-ışınları kırınım (XRD) grafiği ve histerisis eğrileri onların süperparamanyetik manyetit kristaller olduğunu göstermiştir. XRD verilerinden hesaplanan boyutlar ile titreşimli numune manyetometresinin (VSM) histerisis eğrilerinden hesaplanan boyutlar tutarlıdır. Polimerizasyonda kullanılan manyetit nanoparçacıklarının çapı, yüksek çözünürlüklü elektron mikroskobuyla (HRTEM) 9.064 nm olarak bulunmuştur. Metil metakrilatın emülgatörsüz emülsiyon polimerizasyonu, potasyum persülfat başlatıcısı kullanılarak ve polimerizasyonun çeşitli zamanlarında sisteme manyetit nanoparçacıklarının asidik dispersiyonu ilave edilerek gerçekleştirilmiştir. Monomer ve başlatıcı derişimi, karıştırma hızı, manyetitin eklenme hızı ve zamanı ile manyetit miktarının, polimerin ortalama mol ağırlığı (Mn), lateksin doyum manyetizasyonu (Ms) ve lateks içindeki polimerik boncukların boyutu (DL) üzerine etkileri araştırılmıştır. Dinamik ışık saçılması analizine göre 125 nm ile 411 nm boyutları arasında (PDI:0.002-0.433) polimerik boncuklar elde edilmiştir. Polimerik boncuk içindeki manyetit varlığı HRTEM ile belirlenmiştir. Jel geçirgenlik kromotografisi kullanılarak, Mn değerleri 30 kg/mol ile 113 kg/mol ve Mw/Mn oranı 1.75 ile 3.20 aralığında bulunmuştur. Elde edilen sonuçlar, manyetit yüzeylerinin, ortamdaki radikalik türlerle çeşitli reaksiyonlara girdiğini ve bu reaksiyonların etkinliğine bağlı olarak Mn, DL ve Ms değerlerinin değiştiğini göstermiştir.

The purpose of the study is to synthesize superparamagnetic latex using emulsifier-free emulsion polymerization system. Magnetite nanoparticles were prepared by coprecipitation and the effect of pH, temperature, Fe(II)/Fe(III) rate, stirring rate and medium (nitrogen or air) on the particle size and the size distribution were examined. The x-ray diffraction (XRD) patterns and the hysteresis loops of the particles showed that they are magnetite and superparamagnetic, respectively. The sizes were consistent with the one calculated from the XRD patterns and vibrating sample magnetometer (VSM) curves. The diameter of nanoparticles used in the polymerization was found to be 9.064 nm by the high resolution transmission electron microscopy (HRTEM). The emulsifier-free emulsion polymerization of methyl methacrylate was carried out with potassium persulfate, with adding the acidic fluid of magnetite nanoparticles at the various time intervals of the polymerization. The influence of the monomer and initiator concentration, the stirring rate, the flow rate and the adding time and the magnetite amount on the average molecular weight of polymers (Mn), saturation magnetization of latex (Ms) and polymeric bead sizes (DL) were studied. The presence of magnetite inside polymeric bead was indicated by HRTEM. To dynamic light scattering analysis, DL values were 125 nm - 411 nm with PDI:0.002-0.433. Mn and Mw/Mn rate were measured as 30-113 kg/mol and 1.75-3.20 using gel permeation chromatography, respectively. It is seen that the surfaces of the magnetite were reacted with the different radical species in polymerization medium. Hence Mn, DL and Ms were affected by the efficiency of the reactions.