25338

سنتز و بررسي خواص آبگريزي پوشش نانوكامپوزيتي پلي يورتان تيتانيا

كارشناسي ارشد

مهندسي مواد گرايش سراميك

1398

شهريور 1400

دكتر بيژن افتخاري يكتا - دكتر حميدرضا رضايي

دكتر اشكان ذوالرياستين

مهندسي مواد و متالورژي

يكي از راهحلهاي بهبود عملكرد مقرههاي سراميكي در مناطق آبوهوايي آلوده، استفاده از پوششهاي پليمري تقويت شده با ذرات سراميكي است. هدف از انجام اين پژوهش، مشاهده و مقايسۀ اثر افزودن نانوذرات تيتانيا بهتنهايي و نانو و ميكروذرات تيتانيا بهطور همزمان، بر روي خواص آبگريزي، مكانيكي و الكتريكي پلييورتان است. بهمنظور دستيابي به خواص عالي كامپوزيت، ذرات سراميكي بايد با مواد مناسب اصلاح سطحي شوند تا سازگاريشان با ماتريس پليمري افزايش يابد. بسياري از محققان براي اصلاح سطح نانوذرات از مواد گرانقيمت سيلاني و يا هيدروكربنهاي فلورينشده كه گران و براي محيطزيست و سلامتي انسان خطرناك هستند، استفاده كردهاند. اما در اين روش از استئاريكاسيد كه مادهاي ارزان، دردسترس و دوستدار محيطزيست است، استفاده شد. آناليز FTIR براي اطمينان حاصل كردن از عاملدار شدن تيتانيا انجام شد. پوشش روي شيشه و فيلم نانوكامپوزيتي و ميكرو نانوكامپوزيتي هيبريدي پلييورتان تيتانيا با % wt 1 و % wt 3 تيتانيا با استفاده از روشي ساده و ارزان مبني بر همزدن مغناطيسي و اولتراسونيك تهيه گرديد. نسبت ميكروذرات به نانوذرات در نمونههاي هيبريدي 1:1 بود. خواص نمونههاي نانوكامپوزيتي و ميكرو نانو كامپوزيتي هيبريدي حاوي درصد وزني ثابتي از تيتانيا، با يكديگر و با نمونۀ خالص پلييورتان مقايسه گرديد. آناليز AFM و تصاوير سطحي حاصل از FESEM افزايش بيشتر زبري سطح را در نمونههاي هيبريدي نسبت به نمونههاي نانوكامپوزيتي نشان داد. زاويه تماس نمونههاي هيبريدي نيز از نمونههاي نانوكامپوزيتي حاوي همان درصد وزني تيتانيا بيشتر بود. بيشترين زاويۀ تماس مربوط به نمونۀ هيبريدي حاوي % wt 0/5 نانوذرات و % wt 55◦ 33 به ◦ 0/5 ميكروذرات بود. زاويۀ تماس از در اين نمونه رسيد. خواص مكانيكي و الكتريكي پلييورتان با ورود تيتانيا بهبود پيدا كرد. بيشترين استحكام مربوط به نمونۀ هيبريدي حاوي % wt 1 و بيشترين درصد كرنش شكست مربوط به نمونۀ هيبريدي حاوي % wt 3 بود. نمونۀ نانوكامپوزيتي حاوي % wt 1 بيشترين ثابت ديالكتريك و استحكام شكست ديالكتريك و كمترين اتلاف ديالكتريك را از خود نشان داد. از طرفي، بيشترين مقاومت الكتريكي سطحي و حجمي مربوط به نمونههاي هيبريدي بود. نتايج اين پژوهش نشان داد كه استفادۀ همزمان از ميكرو و نانوذرات تيتانيا ميتواند سبب افزايش مؤثرتري در زاويۀ تماس، استحكام كششي، قابليت كشيدگي و مقاومت الكتريكي پلييورتان شود.

1400/07/22

Synthesis and investigation of hydrophobic properties of PU-Titania nanocomposite coatings

9/22/2022 12:00:00 AM

One of the ways to improve the performance of ceramic insulators in polluted climates is to use polymer coatings reinforced with ceramic particles. The purpose of this study is to observe and compare the effect of addition of Titania nanoparticles and Titania micro-nanoparticles on hydrophobic, mechanical and electrical properties of PU. In order to achieve excellent properties of composite, ceramic particles must be surface modified with appropriate materials to increase their compatibility with the polymer matrix. Many researchers have used silane or fluorinated hydrocarbons, which are expensive and dangerous to the environment and human health. But in this method, stearic acid, which is a cheap, available and environmentally friendly material, was used for surface modification. FTIR analysis was conducted to ensure that Titania was modified. Coatings on glass and free films of polyurethane-titania nanocomposite and micro-nanocomposite (hybrid) containing 1%wt and 3%wt titania were prepared using a simple and inexpensive method based on magnetic stirring and ultrasonication. The ratio of microparticles to nanoparticles in hybrid samples was 1:1. The properties of nanocomposite and hybrid micro-nanocomposite samples containing same weight percentage of Titania were compared with each other and with the pure polyurethane sample. AFM analysis and surface topography FESEM images showed higher increase in surface roughness in hybrid composites compared to the nanocomposite samples. The contact angles of the hybrid composites were also higher than those of the nanocomposites with the same Titania wt%. The maximum contact angle was related to the hybrid sample containing 0.5%wt nanoparticles and 0.5%wt microparticles. The contact angle increased from 73◦ to 95◦ in this sample. The mechanical and electrical properties of polyurethane were improved with the introduction of Titania. The highest tensile strength was related to the hybrid sample containing 1%wt Titania and the highest fracture strain percentage was related to the hybrid sample containing 3%wt. The nanocomposite sample containing 1%wt Titania, showed the highest dielectric constant and dielectric breakdown strength and the lowest dielectric loss factor. On the other hand, the hybrid samples had the highest surface and volume electrical resistance. The results of this study indicated that simultaneous addition of Titania micro and nanoparticles can cause a more effective increase in Contact angle, tensile strength, elongation and electrical resistivity.

پلييورتان، تيتانيا، نانوكامپوزيت، ميكرو نانوكامپوزيت هيبريدي، استئاريكاسيد، آبگريزي

Polyurethane, Titania, Nanocomposite, Hybrid micro-nano composite, stearic acid, hydrophobicity