Skip to main content
SUPERVISOR
Fatallah Karimzadeh,Ali Ashrafi
فتح اله کريم زاده (استاد راهنما) علي اشرفي (استاد راهنما)
 
STUDENT
Narges Ghaed Amini
نرگس قائداميني

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392

TITLE

Fabrication, Characterization and Evaluation of Smart Self- healing Antifouling Coatings based on Poly Urea- Formaldehyde Micro/ Nano Capsules
In recent years corrosion-resistant self-healing coatings have witnessed strong growth and their successful laboratory design and synthesis categories them in the family of smart/multi-functional materials. Among various approaches for achieving self-healing, microcapsule embedment through the material matrix is the main one for self-healing ability in coatings. In this study, the effect of micro / nano capsules containing linseed oil for the restoration of micro-cracks in the epoxy coating was investigated. Capsules by in-situ polymerization of Urea-formaldehyde resin to form a shell around linseed oil droplets were synthesized. Various parameters such as the type of stirrer, the type of material stabilizer, stirring speed and stirring blade on the morphology and size of the capsules were investigated. The results showed that the optimum conditions for the synthesis of capsules by combining two of the poly vinyl alcohol and sodium dodecyl sulfate as surfactant, the use of a mechanical stirrer with a three-bladed propeller with a stirring rate of 300 rpm for the microcapsules and use of mechanical homogenizer with rate over 20000 rpm to produce nano capsules. The capsule features such as shape, size, morphology and thickness of the shell were studied by polarized light microscopy, scanning electron microscopy (SEM) and field emission scanning electron microscope (FESEM). FTIR test was used to prove the success of the encapsulation process. Microcapsules are perfectly spherical shape, with a diameter of 500-600µm, with 84.6 weight percent of linseed oil and a shell thickness was 300-400nm. Nanocapsules synthesized by the geometry of the sphere, the size of the diameter of 75-130nm and 93.43 weight percent of linseed oil were carrying. After the gain of capsule with favorable conditions, these particles are added to epoxy resin in the form of coating on carbon steel substrates were applied. Self-healing properties and performance of anti-corrosion coatings containing micro / nano capsules by using electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and salt spray test (Salt spray) were evaluated. The results showed that coatings containing Nanocapsules compared with coatings containing Microcapsules much better performance and fifteen percent by weight of the capsule is a much better performance and higher efficiency than other percentages. In this study, in addition to achieving self-healing and anti-corrosion properties another aim was studied. In fact, the ability of the capsule to store the core material provided its application in the context of other coatings such as antifouling coating which requires to a gradual release of biocides for improve performance. To produce coatings with antifouling property a vegetive biocide (Bitter melon leaf) and two environmentally friendly biocide contains powdered titanium oxide (TiO 2 ) and zinc oxide powder (ZnO) was used. To achieve a coating with two self-healing capability and antifouling property simultaneously, addition of bitter melon biocide, linseed oil also used in the form of a combination with Bitter melon leaf extract as core material. FTIR spectra confirmed that the vegetive biocide used with linseed oil, has been successfully encapsulated by urea-formaldehyde shell. Antifouling property of prepared coatings using algae growth test was conducted. All Macroscopic surface testing, measure test to determine the levels of chlorophyll in the biomass and determine dry weight biomass attached to samples, demonstrated that the best antifouling property obtained by coatings containing 15 Wt.% of nano capsules carrier linseed oil and leaf extract of bitter melon with distribution of titanium oxide particles within the matrix of coating. Keywords: self-healing coatings, in situ polymerization, urea-formaldehyde resins, epoxy, biocides, antifouling coating.
چکيده در سال هاي اخير پوشش هاي خودترميم شونده ي ضدخوردگي پيشرفت هاي چشمگيري داشته اند و طراحي و ساخت آزمايشگاهي موفقيت آميز آن ها، اين نوع پوشش ها را در زمره ي خانواده ي مواد هوشمند/ چند منظوره طبقه بندي کرده است. در ميان روش هاي متنوعي که براي دستيابي به قابليت خودترميم شوندگي در مواد وجود دارد، جاسازي کپسول هاي حاوي عامل ترميم کننده درون زمينه يکي از اصلي ترين راهکارهاي ايجاد اين توانايي در پوشش هاست. در اين پژوهش تأثير ميکرو/ نانوکپسول هاي حاوي روغن بزرک براي ترميم ميکرو ترک هاي ايجاد شده در پوشش اپوکسي مورد بررسي قرار گرفت. کپسول ها توسط روش پليمريزاسيون درجا رزين اوره- فرمالدهيد براي تشکيل پوسته در اطراف قطره هاي روغن بزرک سنتز شدند. پارامترهاي مختلفي از جمله نوع همزن، نوع ماده ي پايدارکننده، سرعت هم زدن و نوع پره‌ي همزن بر مورفولوژي و اندازه‌ي کپسول‌ها بررسي شد. نتايج نشان داد که شرايط بهينه جهت سنتز کپسول ها استفاده از ترکيب دو ماده ي پلي وينيل الکل و سديم دودسيل سولفات به عنوان عوامل فعال سطحي، کاربرد همزن مکانيکي با پروانه ي سه پره اي با سرعت هم زدن rpm300 براي تهيه ي ميکروکپسول ها و کاربرد هموژنايزر مکانيکي با سرعت هم زدن بيش از rpm20000 جهت توليد نانوکپسول هاست. ويژگي هاي اين کپسول ها از قبيل شکل، اندازه، مورفولوژي و ضخامت پوسته توسط ميکروسکوپ نوري پلاريزه، ميکروسکوپ الکتروني روبشي (SEM) و ميکروسکوپ الکتروني روبشي نشر ميداني (FESEM) مورد مطالعه قرار گرفت. از آزمون (FTIR) نيز براي اثبات موفقيت فرايندکپسوله کردن استفاده شد. ميکروکپسول ها به شکل کاملاً کروي، به قطرµm600-500، حاوي 6/84 درصد وزني روغن بزرک و داراي پوسته اي به ضخامت nm400-300 بودند. نانوکپسول هاي سنتز شده نيز به شکل هندسي کره، اندازه ي قطري در محدوده ي nm 130-75 و حامل 43/93 درصد وزني روغن بزرک بودند. پس از حصول کپسول هايي با شرايط مطلوب، اين ذرات به رزين اپوکسي اضافه شده و در قالب پوشش روي زيرلايه هاي فولاد ساده ي کربني اعمال شدند. خواص خودترميم شوندگي و نيز عملکرد ضدخوردگي پوشش هاي حاوي ميکرو/ نانوکپسول توسط آزمون طيف سنجي امپدانس الکتروشيميايي (EIS) و آزمون پاشش نمک (Salt spray) مورد ارزيابي قرار گرفت. نتايج نشان داد که پوشش هاي حاوي نانوکپسول در مقايسه با پوشش هاي حاوي ميکروکپسول، ميزان مقاومت به خوردگي بيشتر و مقدار پانزده درصد وزني کپسول نسبت به ساير درصدها رفتار ترميمي بهتري دارد. در اين پژوهش علاوه بر دستيابي به خاصيت خودترميم شوندگي و ضدخوردگي هدف ديگري نيز مورد بررسي و مطالعه قرار گرفت. در واقع توانايي کپسول ها در ذخيره کردن ماده ي هسته، زمينه ي کاربرد آن ها را در ساير پوشش ها از جمله پوشش هاي ضدخزه که به منظور بهبود عملکرد نيازمند رهايش تدريجي زيست کش ها هستند، فراهم مي آورد. جهت توليد پوشش هايي با خاصيت ضدخزگي از يک زيست کش گياهي به نام برگ خربزه ي تلخ (Bitter melon leaf) و دو زيست کش سازگار با محيط زيست شامل پودر اکسيد تيتانيم (TiO 2 ) و پودر اکسيد روي (ZnO) بهره گرفته شد. براي دستيابي به يک پوشش با دو قابليت خودترميم شوندگي و ضدخزگي به صورت توأمان، افزون بر زيست کش خربزه ي تلخ از روغن بزرک نيز به عنوان ماده ي هسته و به شکل ترکيبي با عصاره ي برگ خربزه ي تلخ استفاده شد. طيف FTIR تأييد کرد که روغن بزرک به همراه زيست کش گياهي مورد استفاده، با موفقيت در پوسته ي اوره- فرمالدهيد کپسوله شده است. خاصيت ضدخزگي پوشش هاي تهيه شده با استفاده از آزمون رشد خزه انجام شد. مشاهدات ماکروسکوپي سطح نمونه ها، آزمون سنجش ميزان کلروفيل موجود در بيومس متصل به سطوح و آزمون تعيين وزن خشک بيومس همگي حاکي از احراز بهترين خاصيت ضدخزگي در پوشش حاوي 15 درصد وزني نانوکپسول هاي حامل روغن بزرک و عصاره ي برگ خربزه ي تلخ به همراه ذرات پخش شده ي زيست کش اکسيد تيتانيم درون زمينه ي پوشش بودند. کلمات کليدي: پوشش هاي خودترميم شونده، پليمريزاسيون درجا، رزين اوره- فرمالدهيد، اپوکسي، زيست کش، پوشش ضدخزه.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی