اين اختراع در زمينه پوشش هاي هيبريدي پلي يورتان آب پايه/ آكريلات مي باشد. سنتز اين هيبريد ها در دو مرحله 1)پلي يورتان پايه آبي و 2)كو پليمريزاسيون اين پلي يورتان با مونومر آكريلاتي انجام مي گيرد كه در مرحله نخست واكنش از طريق پليمريزاسيون مرحله اي و به روش پيش پليمر انجام شد كه در اين اختراع نيازي به مرحله خنثي سازي به دليل استفاده از نمك سديم( N,N-بيس(2-هيدروكسي اتيل)-2-آمينواتان سولفونيك اسيد) نيست. در ادامه پلي يورتان پايه آبي با مونومرهاي آكريلاتي وارد واكنش پليمريزاسيون راديكالي مي شود. در اين مرحله از نسبتهاي مختلف مونومرهاي آكريلاتي جهت بدست آوردن تركيب درصد بهينه استفاده شد.

كلسيم آلجينات از جمله پليمرهاي طبيعي زيست سازگار و زيست تخريب پذير محسوب مي گردد كه به دليل خاصيت به دام اندازي مواد شيميايي، داروها و ميكرو ارگانيسم ها كاربردهاي گوناگوني در سيستم هاي رهايش كنترل شدهي دارورساني يافته اند. براي تهيه نانوذرات كلسيم آلجينات در اين اختراع، اين نانوذرات ابتدا با اختلاط محلول هاي با غلظت مشخص از پلي آنيون الجينات و عامل شبكه اي كننده در دما و زمان مشخصي تهيه شده و سپس جداسازي و خالص سازي شدند. فاكتورهاي مؤثر بر اندازه و نحوه ي توزيع نانوذرات شامل اثرات همزن و نيروي برشي، اثر امواج اولتراسونيك، تأثير غلظت هر يك از يونهاي كلسيم و آلجينات، تأثير سرعت افزايش عامل شبكه اي كننده به محلول حاوي آلجينات، دماي واكنش، مدت زمان واكنش، دماي خشك كردن نانوذرات و روش خشك كردن تغيير داده شد تا شرايط بهينه جهت تهيهي نانوذرات مذكور حاصل گردد. نانوذرات سنتز شده توسط روش طيف سنجي مادون قرمز FTIR و دستگاههاي Laser Light Scattering و Scanning Electronic Microscopy مورد آناليز و شناسايي قرار گرفتند. با توجه به ابعاد كوچكتر و توزيع بهتر نانوذرات تهيه شده نسبت به گزارش هاي موجود، مي توان انتظار داشت كه كاربردهاي زيستي، دارويي و پزشكي اين ذرات در آينده با تحول بيشتري پيگيري شود.

تهيه نانوكامپوزيت الاستومرهاي پلي يورتان مغناطيسي به روش پليمريزاسيون درجا

در اين اختراع، براي تهيه¬ي جاذب معدني، در ابتدا مقادير مشخصي از تركيبات انيدريدي و تركيبات داراي خاصيت بازي نظير تري¬آلكيل آمين در حلال اتري حل شدند. سپس عامل تيول با سرعت معين به مخلوط در دماي مشخص، اضافه گشت. پس از گذشت مدت زمان لازم، حلال مخلوط از سيستم حذف گرديد تا تركيبي ويسكوز در ظرف باقي ماند. تركيب به دست آمده در مرحله¬ي پيش، تحت حرارت با دماي بالا با محلول آبي سديم آلجينات مخلوط شد. در مرحله¬ي نهايي به منظور ايجاد ساختار هيبريدي مورد نظر، محلول حاوي كاتيون¬هاي فلزات چند ظرفيتي از جمله كلسيم با غلظت مشخص به ظرف واكنش اضافه شدند.

در اين اختراع، در مرحله¬ي اول به منظور تهيه¬ي پلي¬يورتان پايه¬ آبي، در ابتدا مقادير معيني از پلي¬ال و دي-ايزوسيانات به ظرف واكنش اضافه شدند. پس از اطمينان از حصول پيش¬پليمر با گروه¬هاي انتهايي ايزوسيانات، محلول مونومر آب¬دوست در حلال قطبي آپروتيك به پيش¬پليمر تهيه شده افزوده شد. در مرحله¬ي ¬بعد عامل زنجير و عامل خنثي كننده¬ي گروه¬هاي عاملي موجود در زنجير افزاينده¬ به مخلوط در حال هم خوردن اضافه شد. در نهايت يك ديسپرسيون پايدار با درصد جامد معين از طريق افزودن حجم معيني از حلال آب به سيستم حاصل گشت. در مرحله¬ي دوم، در حضور حلال¬هاي متداول آلي، مقادير مشخصي از محلول¬هاي¬ حاوي نمك¬هاي تك ظرفيتي آلجينات و پلي¬يورتان ديسپرس شده در آب با يكديگر مخلوط شدند تا كامپوزيت¬هايي با مقادير متفاوت از هر دو پليمر حاصل شود.

واكنش هاي چند جزئي، دسته¬اي از واكنش¬هاي آلي هستند كه در آنها چند واكنشگر (سه يا بيشتر) طي يك واكنش تك ¬ظرفي به تركيب جديدي تبديل مي شوند. بيشتر روش¬هاي سنتزي اين گونه واكنش¬ها، به دليل مدت زمان طولاني واكنش، پيچيده شدن واكنش به دليل تعدد انواع محصولات پس از مرحله¬ي work-up ، شرايط سخت برخي از روش¬ها و مقدار بازده پايين واكنش، نيازمند مطالعه¬ي جامع¬تري مي¬باشند. از سوي ديگر پلي¬يورتان¬ها، پليمرهايي با خواص و كاربردهاي ويژه مي¬باشند كه از واكنش (polyaddition) گروه¬ هاي عاملي ايزوسيانات و هيدروكسيل حاصل مي¬شوند. به دليل ساختار به شدت قطبي گروه¬هاي يورتان و ساختار كم¬قطبي پلي¬ال (با توجه به نوع پلي¬ال مورد استفاده) موجود در ساختار پلي¬يورتان و طبيعت نيمه قطبي واكنشگرها در واكنش¬هاي آلي ذكر شده انتظار مي¬رود، پلي¬يورتان محيطي بسيار مناسب براي انجام اين واكنش¬ها تلقي گردد. براي تهيه¬ي پلي¬يورتان آنيوني پايه¬ آبي، در ابتدا مقادير معيني از پلي¬ال اتري و دي-ايزوسيانات توزين و به درون راكتور تزريق شدند. پس از تشكيل پيش¬پليمر حاوي گروه¬هاي انتهايي ايزوسيانات، محلول مونومر آب¬دوست در دما و مدت زمان مشخص به پيش¬پليمر تهيه شده افزوده شد و واكنش براي مدت زمان معيني همزده شد. سپس مقدار لازم از زنجير افزاينده¬ي دي¬الي به سيستم اضافه گشت و پس از گذشت مدت زمان معين، عامل خنثي كننده¬ي گروه¬هاي اسيدي به مخلوط در حال هم خوردن اضافه شد. در نهايت يك ديسپرسيون پايدار با درصد جامد دلخواه از طريق افزودن حجم معيني از آب به سيستم حاصل گرديد. در مرحله¬ي بعد، پليمر به دست آمده از مرحله¬ي قبل، به عنوان بستر واكنش جهت انجام واكنش¬هاي بعدي انتخاب شد. در طي واكنش تك مرحله¬اي Bienaymé، مقادير مشخصي از واكنشگرهاي ايزوسيانيد، آلدهيد و 2-آمينوپيريدين همراه با مقدار معيني از پلي¬يورتان پايه آبي تهيه شده، در ظرف واكنش تزريق شدند و واكنش توسط مگنت در دماي اتاق صورت گرفت. محصول نهايي واكنش¬ها پس از خالص¬سازي از محيط پليمري و مواد واكنش نداده، توسط تست¬هاي نقطه¬ي ذوب، كروماتوگرافي لايه نازك ، روش¬هاي طيف سنجي مادون قرمز FTIR و رزونانس مغناطيسي هسته1HNMR و 13CNMR شناسايي شد. جهت دسترسي به فرمولاسيون و راندمان بهينه، متغيرهاي مختلف نظير نسبت مولي هر يك از واكنشگرهاي ايزوسيانيد، آلدهيد و 2-آمينوپيريدين، نوع و تفاوت در استخلاف¬هاي هر كدام از واكنشگرها، نسبت مولي پلي¬يورتان به عنوان محيط واكنش نسبت به ساير واكنش دهنده¬ها، درصد جامد پليمر تهيه شده در ديسپرسيون، نوع زنجير افزاينده¬ي مورد استفاده، نحوه¬ي خالص سازي و حلال مورد استفاده جهت استخراج پليمر از محصولات تغيير داده شدند.

در اين اختراع مقاومت سايشي پلي يورتان اوره با استفاده از نانو ذرات الماس بهبود يافته است. اين اختراع در زمينه نانوفناوري انجام شده است. پلي يورتانها از دير باز در توليد و تهيه كفپوشهاي صنعتي، ورزشي و نيز پوشش مكانهاي پرتردد نظيرايستگاه هاي اتوبوس و مترو استفاده مي شده اند. اما علي رغم كيفيت بالاي اين نوع پليمرها، مقاومت سايشي راضي كننده اي نداشته اند و بهبود مقاومت آنها در برابر سايش اهميت زيادي داشته است. بدين منظور افزايش و بهبود مقاومت سايشي آنها با استفاده از نانو الماس، مدنظر قرار گرفته است. در مرحله نخست، ضمن آماده سازي مواد اوليه، نانو الماس ابتدا در حلال (دي متيل فرماميد) و سپس در پلي ال توزيع شد. در مرحله دوم، سنتز نانو كامپوزيت پلي يورتان اوره انجام شد. اين كاردر چندين مرتبه با نسبتهاي وزني مختلف نانو الماس صورت گرفت (5/0% وزني، 1% وزني، 2% وزني و 3% وزني). بعد از آن با استفاده از روشهاي شناسايي مختلف، نانو كامپوزيتهاي سنتز شده از نظر صحت سنتز و وجود نانو الماس مورد ارزيابي قرار گرفتند و ضمن بررسي مورفولوژي (ريخت شناسي) و توزيع و پراكنش درست نانوذرات، خواص حرارتي، سايشي و تورم آنها بررسي شد.

زمينه فني اين اختراع مربوط به سنتز تركيبات شيميايي در شيمي آلي است. پلي¬اكسي آمين¬ها يا همان پلي اترآمين¬ها از واكنش پلي¬ال¬هاي مشتق شده از پروپيلن اكسيد يا اتيلن اكسيد با آمين¬ها توليد مي¬شوند. پلي¬اكسي آمين¬ها اغلب در كفپوش¬ها، چسب¬ها و كاربردهاي الكتريكي استفاده مي¬شوند. اسكلت¬بندي بلند زنجير باعث افزايش انعطاف پذيري و باعث آهسته¬تر شدن سرعت واكنش پخت مي¬شود. در ديگر گروه از پلي¬اكسي آمين¬ها، دي¬آمين¬هاي تهيه شده بر پايه¬ي اتيلن اكسيدها قرار دارند. اين گروه نيز همانند پلي¬اكسي آمين¬هاي جف آميني به دليل ساختار پلي¬اتري در بهبود خواص رزين اپوكسي موثر هستند. اين تركيبات (در گستره جرم مولكولي g/mol400-2000) علاوه ¬بر اين كه در صنعت رزين اپوكسي مورد استفاده قرار مي¬گيرد در حوزه پزشكي و داروسازي نيز كاربردهايي دارند. پلي¬اكسي آمين¬ها با وجود اينكه به صورت تجاري موجود هستند اما قيمت تمام شده آنها بسيار بالاست كه مطمئناً به دليل مراحل مختلف سنتز و جداسازي آنها مي¬باشد. تركيبات پلي¬الي مشتق شده از پروپيلن اكسيد يا اتيلن اكسيد مواد اوليه براي تهيه اين تركيبات هستند كه بوسيله واكنش¬هاي مربوط به تغيير گروه عاملي از هيدروكسيل به آمين، به پلي اتر آمين¬ها تبديل مي¬شوند. واكنش¬هاي مربوط به تغيير گروه عاملي از هيدروكسيل به آمين را مي¬توان به سه دسته تقسيم¬بندي كرد. اين واكنش¬ها شامل واكنش¬هاي جانشيني نوكلئوفيلي، آميناسيون كاهشي و آميناسيون كاتاليستي هستند. دو روش اول مربوط به واكنش¬هاي شيميايي كلاسيك هستند كه بيش از سه مرحله دارند و طي آن عوامل شيمايي مختلف و در نتيجه جداسازي-هاي پي در پي نياز است، بنابراين مدت زمان زياد و هزينه بالايي براي رسيدن به محصول نهايي تحميل مي¬كند. در مورد واكنش¬هاي آميناسيون كاتاليست شده هم بسته به نوع كاتاليست (همگن يا ناهمگن) شرايط متفاوتي مورد استفاده قرار مي¬گيرد. واكنش¬هاي كاتاليست شده ناهمگن با مكانيسمي شامل واكنش¬هاي اكسيداسيون و احياء پي در پي به محصول نهايي منتج مي¬شوند. در اينگونه موارد واكنش تحت فشار و دماي بالا انجام مي¬شود (دماي بالاتر از °C200) و در مرحله احياء نياز به استفاده از گاز هيدروژن است كه به خطرات اين روش مي¬افزايد. اين در حالي است كه واكنش آميناسيون تحت كاتاليست همگن و در حضور آمونياك مايع (25%) نيازي به استفاده از گاز هيدروژن نيست. اما كاتاليست¬هاي همگن از لحاظ قيمت تركيبات گراني بوده (كمپلكس¬هاي بر پايه فلز Ruو Ir) و استفاده از آنها در صنعت هرگز مقرون به صرفه نيست. در اين اختراع با مطالعه دقيق عوامل شيميايي مختلف و آگاهي از رفتار وكنش¬دهنده¬ها در واكنش¬هاي شيميايي، از واكنش¬هاي شيميايي جانشيني نوكلئوفيلي جهت فرآيند تهيه پلي اكسي آمين¬ها مورد استفاده قرار گرفت. اين فرآيند طوري طراحي شده است كه در ساده¬ترين شرايط و بدون نياز به دما، فشار، شرايط فرآيندي خطرناك و تنها در دماي اتاق و طي دو مرحله با استفاده از آمونياك مايع به راندمان 100% به پلي¬اكسي آمين دست يافته شد.

در اين اختراع، در مرحله‌ي اول براي تهيه‌ي پلي‌يورتان‌هاي برپايه‌ي آلژينات، پيش‌پليمرهاي مختوم به گروه‌هاي ايزوسياناتي از واكنش مقادير معيني از تركيبات دو يا چندعاملي داراي گروه‌هاي ايزوسيانات و هيدروكسيل، حاصل گرديدند. سپس مقدار مناسبي از يك يا چند زنجيرافزاينده‌ي دي‌الي يا دي‌آميني به همراه مشتقات محلول آلژيناتي در حلال‌هاي آلي با پيش‌پليمر مذكور واكنش داده شدند. در نهايت، داربست مورد نظر در طي فرايند ريخته‌گري حاصل گرديد. پس از شناسايي شيميايي داربست‌هاي تهيه شده، طبيعت زيست‌سازگار اين پليمرها با آزمون‌هاي مختلف زيستي اثبات گرديد. اين داربست‌ها مي‌توانند به عنوان يك جايگزين مناسب در مهندسي بافت پوست كاربرد داشته باشند.

پلي‌يورتان‌ها از جمله مهم‌ترين و پركاربردترين پليمرهاي مهندسي جهان به شمار مي‌روند و كاربرد آن‌ها با سرعت فزاينده‌اي در سامانه‌هاي دارويي، پزشكي، مهندسي بافت، مواد مهندسي و ساير صنايع در حال افزايش است. با اين وجود، توليد پلي‌يورتان‌ها از ديدگاه صنعتي و زيست-محيطي با چالش‌هاي جدي روبه‌رو است. اين چالش مي‌تواند به دليل استفاده از كاتاليست‌هاي سمي و زيست‌تخريب ناپذير يا مواد اوليه‌ي سمي استخراج شده از مواد نفتي باشد. كاتاليست‌هايي كه براي سنتز پلي‌يورتان‌ها استفاده مي‌شوند، نه تنها تركيباتي سمي محسوب مي‌شوند، بلكه براي فعال‌سازي واكنش به دماهاي بالا (حدود C° 80) نيز نياز دارند. از اين رو هدف از اين اختراع، معرفي نسل جديدي از كاتاليست‌هاي پليمري سبز و زيست‌سازگار براي سنتز پلي‌يورتان‌ها در دماي اتاق و شرايط كاملاً كنترل شده است. براي اين منظور، ابتدا مقادير معيني از يك پلي‌ال و يك دي‌ايزوسيانات مناسب در درون راكتور با يكديگر واكنش دادند تا اسكلت اصلي كاتاليست تشكيل شود. سپس، يك مونومر داراي گروه عاملي قابل يونش به اين پيش‌پليمر افزوده شد. پس از آن، عامل يونش كاتاليست به مخلوط واكنش اضافه گرديد تا فعاليت كاتاليستي كاتاليست مربوطه را افزايش دهد. به منظور بررسي فعاليت كاتاليستي كاتاليست‌هاي تهيه شده و تهيه‌ي پلي‌يورتان‌هاي مختلف، تركيبات داراي گروه‌هاي عاملي هيدروكسيل و ايزوسيانات در دماي اتاق و در حضور كاتاليست‌هاي تهيه شده با يكديگر واكنش داده شدند. ساختار شيميايي و خواص فيزيكي، حرارتي و مكانيكي پليمر تهيه شده با كاتاليست مورد نظر با آزمون‌هاي مختلفي بررسي گرديد. جهت دسترسي به فرمولاسيون و راندمان بهينه، متغيرهاي مختلف نظير نسبت مولي هر يك از واكنشگرهاي اوليه براي سنتز كاتاليست، نوع واكنشگرهاي استفاده شده در سنتز كاتاليست، نوع مونومر حاوي گروه عاملي قابل يونش، نوع عامل يونش، حلال‌هاي مورد نياز براي سنتز كاتاليست و پليمرهاي حاصل از كاتاليز، زمان واكنش تهيه‌ي كاتاليست، زمان واكنش كاتاليز پليمر نهايي و هر يك از موادي كه براي تهيه‌ي محصول نهايي مورد بررسي قرار گرفتند، تغيير داده شدند.