Selective dispersion of surface modified iron oxide nanoparticles in polymer blends

Abstract

Süperparamanyetik demir oksit nanoparçacıkları, büyüklüklerine göre deien vebundan dolayı sensör, manyetik ayrıtırma, terapi, hoparlör gibi birçok bilim ve teknolojialanında kullanılan süperparamanyetik davranı gösterirler. Bu parçacıkların uzamsaldüzenlenmeleri yeni yapıların oluturulması ve yeni cihaz uygulamaları için özel bir ilgialanıdır. Faz ayrıımı yapan, birbiri ile karımayan polimer karıımları nanometredenmikron ölçee kadar deiik yapılar olutururlar. Nanoparçacıkların bu fazların birineseçici daılımı, mikro-faz ayrıımı yapan blok kopolimerler için benzersiz yapılar veözellikler yaratır.Dolayısıyla, bu çalımada, deiik kaplamalı demir oksit nanoparçacıklarınınpolisitiren ve polietilenglikol karıımlarında seçici daılımı atom kuvvet mikroskobuylaincelendi. Demir oksit nanoparçacıklarının yüzeyleri, çökmeyi engellemek ve polimerkarıımının seçilmi fazıyla uyumluluunu salamak için iki farklı yöntemle degistirildi.Birinci kısımda, LA kaplanmı hidrofobik nanoparçacıklar PS ve PEG de düzgün birdaılım gösterirken, bu polimerlerin faz ayrıımı yapan karıımlarında beklenmeyen bir ekilde PSyerine PEG içinde daıldılar. Bu umulmayan deiimin nedeni `ligand deiimi' olarak ispatlandı.Bunun üzerine, parçacık yüzeyi, yüzeyle kovalent ba yapan HDMS ile kaplandı. Hidrofobikolan bu parçacıklar da, genel olarak PS/PEG karıımında, polimerlerin ara fazındadaıldılar ya da PEG içinde büyük kümeler oluturdular. Hidrofilik, kovalent balı PEG-Siile kaplanmı nanoparçacıklar beklenildii üzere PEG in içinde seçici daılım gösterdiler.kinci kısımda, nanoparçacık yüzeyinden ATRP metodu ile PS ve PMMApolimerleri baarı ile sentezlendi ve bunların faz ayrıımı yapan polimerlerle karıımı AFM ileincelendi. Bütün kombinasyonlarda, faz ayrıımı ve dolayısıyla seçici daılımgözlemlendi. Ayrıca, parçacık yüzeyinden gene ATRP ile PMMA-b-PS blok kopolimerisentezlendi ve faz ayrıımları için ilk çalımalar yapıldı.

Iron oxide nanoparticles display size dependent superparamagnetic behavior that isexploited in various areas of science and technology. Spatial positioning of thesenanoparticles is of special interest to generate novel structures with tailored properties and fordevice fabrications. Phase separated morphology of immiscible polymer blends and blockcopolymers can create features from nanometer to micron scale.In this study, selective dispersion of different surface modified iron oxidenanoparticles (SPIO) in the blends of PS and PEG were investigated by AFM. Surface ofiron oxide nanoparticles were modified by two different methods in order to preventagglomeration and to provide compatibility with the selected domain of the polymer blend.In the first part, lauric acid (LA) and hexadecyltrimethoxysilane (HDMS) coatedhydrophobic SPIOs dispersed well both in PS and PEG homopolymers but LA coatedMNPs preferred PEG phase instead of PS in the blend. Ligand exchange mechanism wasproved as a reason of this unexpected selectivity. HDMS coated MNPs mainly dispersed at theinterface of the blend and formed larger clusters in the PEG domain of PS/PEG blend. Lastly,methoxy(polyetyleneoxy)propyltrimethoxysilane PEG-Si coated hydrophilic SPIOs dispersed inthe PEG phase, as expected.In the second part, synthesis of PS and PMMA by ATRP from surface of SPIOs wasachieved and their blends with immiscible homopolymers were investigated by AFM. In allcombinations, phase-separation of polymers occurred and selective dispersion was achieved.In addition, PMMA-b-PS was also grafted from the surface of iron oxide and preliminarystudies about phase separation were performed by AFM.