Skip to main content
SUPERVISOR
Behzad Niroumand,Ahmad Monshi
بهزاد نیرومند (استاد راهنما) احمد منشی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Maryam Esmailpour Ganji
مریم اسمعیل پورگنجی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1390

TITLE

Study of the Role of Surface Chemistry and Physics on Wetting Behavior of Polyurethane Nanocomposite Coatings
In this work, the effects of surface chemistry and physics on the wetting behavior of polyurethane coatings were studied. The polyurethane coatings were applied on the glass slides in order to ensure the traarency of coatings during the investigation. Different molar percents of a surface energy reducing agent (SERA) were used to study the role of chemical modification in wetting of the polyurethane coatings. Different roughness patterns with different densities, sizes and shapes of surface features were formed. the optimum amount of modifier which altered both the chemistry and physics of the coating was found to be 5 mole%. The modifier increased the contact angle from 65 to 104°. In addition, a mechanism for the effects of additive on the wetting behavior and surface pattern of the coatings was presented for the first time. Nanocomposite coatings containing silica nanoparticles with and without the surface energy reducing agent were then prepared using a mixing technique. The lowest contact angle of 90° and highest contact angle of 109° were obtained for the coating with 8 wt% nanoparticles and 1 mole% perflourododecanol and the coating with 2 wt% nanoparticles and 5 mole% silicone-modified polyacrylate, respectively. In another approach, partially-cured polyurethane coatings were deep-coated several times in a dispersion containing surface-modified nanoparticles. It was found that the wetting behavior of these coating had a good compliance with the mushroom regime. Keywords: PU coatings, Surface energy reducing agent; Wetting; Lateral surface pressure, Nano roughness, mushroom-like regime
در این پژوهش پلیمر پلی اورتان به عنوان یک پلیمر شفاف پرکاربرد مورد مطالعه قرار گرفت. از آنجاکه پلی‌اورتان در دسته مواد آب‌دوست جای دارد، تغییر ماهیت شیمیایی این پلیمر با استفاده از درصدهای مولی مختلف از ماده افزودنی با انرژی سطحی پایین به روش اختلاط مورد بررسی قرار گرفت. نتایج به دست آمده از آنالیز طیف سنجی پراکندگی انرژی پرتو ایکس و آزمون میکروسکوپ نیروی اتمی نشان داد مهاجرت ماده افزودنی به سطح، نه تنها شیمی سطح پوشش را اصلاح کرده، بلکه فیزیک آن را نیز با ایجاد زبری در مقیاس نانو تغییر داده است. برای پوشش‌های اصلاح شده توسط پلی اکریلات اصلاح شده با سیلیکون، مشخص شد درصد بهینه ماده اصلاح گر مقداری است که بتواند هم شیمی سطح و هم فیزیک آن را اصلاح کند. در این میان درصد مولی 5 توانست بهبود 60 درصدی در رفتار آب‌گریزی ایجاد نماید و زاویه تماس را از 65 تا حدود 104 درجه افزایش دهد. همچنین مطالعاتی بر روی نرخ‌ عمل آوری صورت گرفت و مشخص گردید این پارامتر نقش مهمی در تشکیل الگوی زبری سطح شامل تراکم، اندازه و شکل زبری‌ها و در نهایت در رفتار ترشوندگی پوشش دارد. نتایج نشان دادند از میان نمونه‌های عمل‌آوری شده در جعبه، دمای محیط، 80، 100 و 120 درجه سانتیگراد، نمونه‌ی عمل‌آوری شده در دمای محیط دارای بالاترین زاویه تماس بوده و از بیشترین عدد زبری مجذور میانگین مربعات به بزرگی 33/20 نانومتر برخوردار بوده است. با کاهش این معیارِ زبری، زاویه تماس نمونه‌ها نیز کاهش یافته است. همچنین برای اولین بار مکانیزمی برای توصیف عمل‌کرد ماده افزودنی در تغییر رفتار ترشوندگی و ایجاد زبری با الگوهای مختلف پیشنهاد شد. در این راستا بر اساس نتایج حاصل از سنجش کشش سطحی و طیف سنجی پراکندگی انرژی پرتو ایکس پارامتری با عنوان "فشار جانبی سطحی" معرفی شد. این پارامتر با استفاده از انرژی سطحی ماده افزودنی مورد استفاده و درصد حضور آن بر روی سطح، معیاری کمی برای عمل‌کرد ماده افزودنی ‌ارائه می کند. تغییرات عدد فشار جانبی از صفر به mN/m 3/53 و مجددا کاهش آن به mN/m 3/16 با روند افزایشی و کاهشی عدد زبری مطابق بوده و آن را توصیف کرده است. در ادامه پوشش‌های نانوکامپوزیتی حاوی نانوذرات سیلیکا در حضور و عدم حضور ماده کاهنده انرژی سطحی به روش اختلاط تهیه شدند. یافته‌ها نشان داد در عدم حضور ماده کاهنده انرژی سطحی، الگوی زبری ایجاد شده درحضور 2 درصد وزنی نانو‌ذره تا 15% به ترشوندگی بیشتر پوشش منجر گردیده است. این امر به ماهیت آب‌دوستی سطحی ترین مولکول ها نسبت داده شد. استفاده از ماده کاهنده انرژی سطحی در حضور درصدهای مختلف از نانوذرات باعث ایجاد ریخت‌های متنوع در سطح گردید و پوشش‌های با زوایای تماس مختلف ایجاد کرد. پایین‌ترین زاویه تماس برابر 90 درجه برای پوشش‌های محتوی 8 درصد وزنی نانوذره و 1درصد مولی افزودنی پرفلوئورو‌دودکانول و بالاترین زاویه تماس برابر با 109 درجه برای نمونه محتوی 2درصد وزنی نانوذره و 5درصد مولی افزودنی پلی اکریلات اصلاح شده با سیلیکون به‌دست آمد. در رویکردی دیگر پس از اصلاح سطحی نانوذرات توسط عوامل فلوئوردار و سیلیکون دار، پوشش‌های پلی اورتانی نیمه عمل آوری شده در محلول حاوی نانوذرات اصلاح شده چندین مرتبه غوطه ور گردیدند. در نهایت بسته به نوع ماده آلی مورد استفاده و تعداد لایه غوطه وری، الگو‌های زبری متفاوتی بر روی پوشش‌ها ایجاد شد. بررسی‌ها نشان داد الگوهای زبری با ساختار میکرو- نانو با محدوده عدد زبری 2-7 میکرومتر به افزایش زاویه تماس از 89 تا 130 درجه منجر گردیده و در مقابل در اثر تفرق نور مرئی، میزان شفافیت این پوشش‌ها را از 80 تا 40 درصد کاهش دادند. جهت توصیف رفتار ترشوندگی این پوشش‌ها از رژیم قارچی استفاده شد و شرایط پایداری قطره بر اساس این رژیم بدست آمد. رژیم قارچی که زیر مجموعه‌ای از رژیم گل‌برگ گل رز در نظر گرفته شد نشان داد به دلیل حضور زبری‌های نانومتری متراکم زاویه تماس بالا با رفتار چسبنده همراه بوده است. کلمات کلیدی: رفتار ترشوندگی، نانوکامپوزیت پلی‌اورتان، نانوزبری، فشار جانبی سطحی، رژیم شبه قارچی، برهمکنش واندروالس

ارتقاء امنیت وب با وف بومی