Σύνθεση πολυμερικών/οργανικών νανοσωματιδίων με καλά καθορισμένες διαστάσεις και μελέτη της επίδρασής τους στις ιδιότητες μη γραμμικών πολυμερών σε διάλυμα και τήγμα
Authors: Πατέλης Νικόλαος 
Published: September 2021

Η παρούσα διατριβή, πραγματοποιήθηκε με σκοπό να δώσει νέα στοιχεία, στο πώς μεταβάλλεται η δυναμική μονομοριακών νανοσωματιδίων πολυστυρενίου ως προς τα πρόδρομα γραμμικά πολυμερή, και μιγμάτων τους με γραμμικά πολυστυρένια και αστέρια, σε μορφή τήγματος, σε σχέση με τη μεταβολή του μοριακού τους βάρους και του ποσοστού σταυροσύνδεσης. Για το σκοπό αυτό, χρησιμοποιήθηκαν οι τεχνικές, της διαφορικής θερμιδομετρίας σάρωσης (DSC), της διηλεκτρικής φασματοσκοπίας εναλλασσόμενου πεδίου (BDS) και της ρεολογίας. Ως προς τη μελέτη του βαθμού σταυροσύνδεσης, για τη μελέτη του κατώτατου ορίου παρασκευάστηκε ένα κυκλικό πολυστυρένιο (βαθμός σταυροσύνδεσης-ένα, μεταξύ των δύο πολυμερικών άκρων) και για του ανώτατου, ένα νανοσωματίδιο PBCB (BCB: 4-βινυλοβενζοκυκλοβουτενίου) με 100% ποσοστό διασταυρωτή. Ενώ, η ενδιάμεση περιοχή καλύφθηκε με μία σειρά τυχαίων συμπολυμερών PS-co-PBCB (PS: πολυστυρένιο) με μεταβλητό μοριακό βάρος και ποσοστό διασταυρωτή (BCB). Συνθετικά, αρχικά έγινε η οργανική σύνθεση του μονομερούς 4-βινυλοβενζοκυκλο βουτενίου (4VBCB). Εν συνεχεία, συντέθηκαν τρείς, διαφορετικής αρχιτεκτονικής μονομοριακές νανοδομές πολυστυρενίου: μονομοριακά νανοσωματίδια, μονομοριακά νανοσωματίδια με μία αλυσίδα πολυστυρενίου (SCNP-1 tail) και μονομοριακά νανοσωματίδια με δύο αλυσίδες πολυστυρενίου (SCNP-2 tails). Αναλυτικότερα, έγινε η σύνθεση μιας σειράς τυχαίων συμπολυμερών PS-co-PBCB μεταβλητού μοριακού βάρους (12.5-330 kg/mol) και ποσοστού σταυροσυνδέτη (CrF 4.8-46 mol% BCB). Η σύνθεση των πρόδρομων γραμμικών τυχαίων συμπολυμερών, έγινε με ελεγχόμενο ριζικό πολυμερισμό με τη χρήση νιτροξειδικών ριζών (NMP), ενώ ο σχηματισμός των αντίστοιχων νανοσωματιδίων πραγματοποιήθηκε μέσω μιας ενδομοριακής θερμικής κυκλοπροσθήκης [4+4] Diels Alder μεταξύ των μονομερών BCB, υπό αδρανείς συνθήκες, σε μεγάλη αραίωση και σε περιβάλλον καλού διαλύτη. Η επιτυχής σύνθεση των SCNPs επιβεβαιώθηκε από όλες τις μεθόδους χαρακτηρισμού που χρησιμοποιήθηκαν (SEC, 1H NMR, DSC, DLS, TGA, ιξωδομετρία), ενώ μελετήθηκε η δυναμική τους σε τήγμα με ρεολογία και διηλεκτρική φασματοσκοπία εναλλασσόμενου πεδίου (BDS). Ως συνέχεια των SCNPs, έγινε η σύνθεση των νέων μονομοριακών νανοδομών, PS-b-(PS-co-PBCB) (NMP) και PS-b-PBCB, PS-b-PBCB-b-PS (με ανιοντικό πολυμερισμό). Οι δομές αυτές χαρακτηρίστηκαν με SEC, 1H NMR, DSC και μελετήθηκαν διηλεκτρικά και ρεολογικά. Ακολούθησε η σύνθεση τριών νέων κυκλικών πολυμερών PBCB-b-PS-b-PBCB μεταβλητού μοριακού βάρους. Αρχικά με ανιοντικό πολυμερισμό προς σχηματισμό των πρόδρομων γραμμικών μορίων και εν συνεχεία μέσω μιας ενδομοριακής θερμικής κυκλοπροσθήκης [4+4] Diels Alder των αντίστοιχων κυκλικών πολυμερών. Συμπληρωματικά, συντέθηκε ένα ακόμα κυκλικό πολυστυρένιο με ελεγχόμενο ριζικό πολυμερισμό μεταφοράς ατόμου (ATRP) και εν συνεχεία με χρήση της χημείας “κλικ”. Ο μοριακός χαρακτηρισμός τους πραγματοποιήθηκε με SEC, 1H NMR, DSC ενώ η δυναμική τους μελετήθηκε με διηλεκτρική φασματοσκοπία εναλλασσόμενου πεδίου (BDS).Τέλος συντέθηκαν τρείς σειρές αστεριών πολυστυρενίου με μεταβλητό αριθμό και μοριακό βάρος κλάδου.