Preparation of composite hydrogels with silica nanoparticles by photoinitiated polymerization reaction

Abstract

In this study, (3-mercaptopropyl) trimethoxysilane (MPTMS) modified silica nanoparticles (SiO2- MPTMS) were successfully prepared. The average size of SiO2-MPTMS nanoparticles was measured by Dynamic Light Scattering (DLS) as 341 nm in ethanol, while Scanning Transmission Electron Microscopy (STEM) analyzes confirmed that the nanoparticles were nano-sized and revealed that their shapes were spherical. Then, 3D nanocomposite hydrogels were prepared by incorporating SiO2-MPTMS nanoparticles in various ratios (0.25, 0.50, 0.75 and 1.0 wt %) into an acrylate resin consisting of Nisopropyl acrylamide (NIPAM) and polyethylene glychol diacrylate (PEGDA; as a crosslinker) by the photoinitiated polymerization reaction with Dimethoxy-2-phenylacetophenone (DMPA; as a photoinitiator). By Thermal Gravimetric Analyzer (TGA) measurements, it was determined that the nanocomposite hydrogels maintained their thermal stability up to 330 0C and the thermal degradation steps were close to each other. Scanning Electron Microscopy (SEM) study showed that the neat and nanocomposite hydrogels’ morphological structures were in the porous and smooth scaffold, and also that the SiO2-MPTMS nanoparticles (0.50 wt %) were homogeneously distributed in the network structures of hydrogels, localized in the bonds.Bu çalışmada, (3-merkaptopropil) trimetoksisilan (MPTMS) ile modifiye edilmiş silika nanopartiküller,(SiO2-MPTMS) başarı ile hazırlandı. Dinamik Işık Saçılımı (DLS) ile SiO2-MPTMS nanopartiküllerinortalama boyutu 341 nm olarak (etanolde) ölçülürken, Taramalı Geçirimli Elektron Mikroskobu (STEM)analizleri nanopartiküllerin nano boyutlu olduğunu doğruluyarak partikül şekillerinin küresel yapıdaolduğunu gösterdi. Daha sonra, ağırlıkça çeşitli oranlarda (% 0,25, % 0,50, % 0,75 ve % 1,0) SiO2-MPTMSnanopartikülleri içeren N-izopropil akrilamid (NIPAM) ve polietilen glikol diakrilat (PEGDA; çaprazbağlayıcı) reçinelerinden oluşan formülasyonlar, Dimetoksi-2-fenilasetofenon (DMPA; fotobaşlatıcı) varlığında fotobaşlatılmış polimerizasyon reaksiyonuna uğratılarak 3D yapılı nanokompozit hidrojellerhazırlandı. Termal Gravimetrik Analizör (TGA) ile, nanokompozit hidrojellerin termal kararlılıklarının 3300C' ye kadar devam ettiği ve termal bozulma adımlarının, birbirleri ile yakın sıcaklık değerlerinde olduğutespit edildi. Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) analizi ile saf ve nanokompozit hidrojellerinmorfolojik yapıları incelendi ve bu malzemelerin, gözenekli ve pürüzsüz yapı iskeletine sahip olduklarıortaya koyuldu. Ayrıca, SiO2-MPTMS nanopartiküllerinin (%0,50) ağ yapı içerisinde, bağlarda lokalizeolarak, homojen bir şekilde dağıldığı görüldü.