Skip to main content
SUPERVISOR
روح اله باقری (استاد راهنما) نسرین اعتصامی (استاد راهنما) عباس امینی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Maryam Rashedi
مریم راشدی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393

TITLE

Synthesis and characterization of Waterborne Urethane-Urea dispersions simultaneously achieving biodegradation and solvent resistance of the final Semi-IPN Networks.
Theory: Potential for altered, expanded changes during synthesis of Waterborne Polyurethane Dispersions leads to creation of network structures, in which not only mechanical properties as well as solvent resistance have been maintained, but also introduction of virgin Starch provides biodegradation. Experimental: At first, a stable aqueous dispersion of Urethane was synthesized under controlled conditions by Prepolymer method. Then the urethane chain became perfectly susceptible to have double bond pendant Allyl groups using Trimethylolpropane monoallyl ether for crosslinking with Butyl acrylate monomer. Prior to obtain cured films containing varying starch contents, calculated amount of unsaturated urethane dispersion and Butyl acrylate monomer (with a ratio of ten to one), different values of starch solutions and Potassium persulfate as a chemical initiator as well were mixed homogenously. Molded films were cured inside the oven vacuum in order to compare with Urethane film in terms of mechanical properties, solvent resistance and biodegradation through extensive characterizations. Achievements: Unlike the complete dissolving of Urethane film, the cured films just swollen in Dimethylformamide solvent confirms crosslinking. Despite the noticeable decrease in elongation at break in cured films, Young Modulus rocketed sharply with increasing Starch content for a wide variety of reasons including crosslinking as well as Hydrogen bonding. Biodegradation analysis using ?-amylase enzyme showed a dramatic growth with increasing Starch content in cured films in spite of crosslinking while the mentioned feature had negligible changes in pure Urethane film. Although the contact angles of cured films containing Starch decreases with increasing Starch content, the cause may be related to increasing roughness of the surfaces. Keywords: Polyurethane Dispersion, Biodegradation, Crosslinking, Starch, Solvent Resistance.
پژوهش حاضر، پراکنه ی یورتان پایه آبی با شاخص مولی ایزوسیانات به پلی ال 4/1 و به روش پیش پلیمرسنتز گردید. جهت بهبود خواص مکانیکی و زیست تخریب پذیری، پراکنه های یورتان- بوتیل اکریلات حاوی مقادیر مختلف نشاسته (718/2، 28/4 و 67/ 5 گرم) به این صورت تهیه شدند که در ابتدا زنجیره ی یورتان ضمن سنتز و طی واکنشی مرحله ای از قسمت قطعه ی سخت با ترکیب دی متیلول پروپان مونو آلیل اتر غیر اشباع گشته تا مستعد واکنش های عرضی شیمیایی با مونومر بوتیل اکریلات گردد؛ سپس پراکنه ی یورتان پایه آبی غیر اشباع به همراه مونومر بوتیل اکریلات و سه مقدار مختلف از نشاسته و در حضور آغازگر پتاسیم پرسولفات، مخلوط گشته و فیلم های تهیه شده از پراکنه های یورتان-بوتیل اکریلات/ نشاستهبه روش شیمیایی-رمایی درون آون خلاء پخت شدند،تا با فیلم حاصل از پراکنه ی یورتان پایه آبی قابل مقایسه گردند. نمونه های یورتان پایه آبی و یورتان- بوتیل اکریلات حاوی سه مقدار مختلف از نشاسته (که به صورت معلق در سامانه حضور دارد)،به روش قالبگیری محلولی و به صورت فیلم تهیه گردیدند. برای بررسی و مقایسه ی خواص پراکنه و فیلم یورتان پایه آبی و فیلم های یورتان- بوتیل اکریلات حاوی نشاسته، آزمون های اندازه گیری اندازه ی ذرات، پایداری پراکنه، ریخت شناسی سطح و سطح مقطع شکست، طیف سنجی، خواص مکانیکی، زیست تخریب پذیری، مقاومت به حلال، آب دوستی و زبری سطوح و خواص گرمایی مورد ارزیابی قرار گرفت. هم چنین به کمک نتایج حاصل از طیف سنجی فرابنفش- مرئی حضور اتصالات دوگانه در پراکنه ی یورتان غیر اشباع مورد تائید قرار گرفت. نتایج حاصل از آزمون خواص مکانیکی، افزایش شدیدی را در مدول یانگ و استحکام کششی نمونه های یورتان- اکریلات/نشاسته نسبت به یورتان خالص نشان می دهد. به دنبال افزایش مدول، درصد ازدیاد طول تا نقطه ی شکست برای سه نمونه ی یورتان پخت شده با اکریلات و حاوی مقادیر مختلف نشاسته، به شدت دچار افت گشته و از مقدار 68/136% برای یورتان به7/6%برای نمونه ی حاوی67/5گرم نشاسته رسیده است. ماهیت شکننده ی نشاسته، افزون بر وجود اتصالات عرضی علت این کاهش شدید در ازدیاد طول تا نقطه ی شکست می باشد. نتایج آزمون زاویه ی تماس نشان می دهد، اندازه ی زاویه ی تماس در فیلم یورتان خالص از مقدار 2/76به مقادیر 93/62، 98/55و41/50کاهش یافته است. مطالعات میکروسکوپ نیروی اتمی تایید می کند که این تغییر محسوس در زاویه ی تماس بیش تر از اینکه به شیمی سطح وابسته باشد، تابع زبری سطح نمونه ها می باشد، به این معنی که افزایش قابل توجهی در زبری سطح در فیلم های پخت شده ی یورتان- اکریلات حاوی مقادیر مختلف نشاسته نسبت به فیلم یورتان دیده می شود، چرا که ذرات نشاسته به دلیل انرژی سطحی بالا به سمت توده ماده جهت گیری کرده و شیمی سطح را به گونه ای محسوس تحت تاثیر قرار نمی دهد. بررسی الگوی شکست فیلم یورتان و فیلم های یورتان-اکریلات/نشاسته نتایج قابل توجهی را در رابطه با شیمی توده ی فیلم ها، به دست می دهد. در فیلم یورتان، جدائی فازی در ابعاد میکرو میان قطعات نرم و سخت یورتان قابل مشاهده بوده و الگوی شکست فیلم دلالت بر رفتار لاستیکی نمونه ی سنتز شده دارد. از سوی دیگر در سه نمونه ی پخت شده حاوی نشاسته، قسمت هایی با الگوهای شکست متفاوت، به چشم می خورد. علاوه بر آن تجمعات ذرات نشاسته در کنار هم، حاکی از سازگاری ضعیف ذرات نشاسته با سامانه می باشد. هم چنین حضور نواحی با الگوی شکست چقرمه، نشان می دهد که یورتان و اکریلات به خوبی با هم اتصال شیمیایی برقرار نموده اند. نتایج حاصل از آزمون مقاومت فیلم ها در برابر حلال دی متیل فرمامید، نشان می دهد که فیلم یورتان ،کاملا در حلال مذکور حل می شود ولی سه نمونه ی یورتان- اکریلات پخت شده حاوی مقادیر مختلف نشاسته، در حلال دی متیل فرمامید دچار تورم گشته و میزان تورم در فیلم های پخت شده با افزایش میزان نشاسته، کاهش می یابد که این نتیجه کاملا با نتیجه ی حاصل از آزمون خواص مکانیکی و الگوی افزایش مدول هم خوانی دارد. هم چنین، این آزمون نشان می دهد که گرچه در ترکیبات پخت شده ی یورتان- اکریلات/نشاسته میزان یورتان و اکریلات ثابت نگه داشته شده است، ولیکن به دلیل الگوی تورم مشاهده شده احتمالا، علاوه بر افزایش اتصالات هیدروژنی (با افزایش میزان نشاسته)، چگالی اتصالات عرضی نیز افزایش می یابد. آزمون زیست تخریب پذیری توسط آنزیم آلفا آمیلاز انجام گرفت. این آزمون برای فیلم یورتان، تغییر وزن 8/2% پس از گذشت 10 روز را نشان می دهد که تغییر وزن محسوسی نمی باشد. درحالیکه نمونه های پخت شده ی یورتان- اکریلات حاوی نشاسته، کاهش وزن 8/10% ( در نمونه ی حاوی 718/2 گرم نشاسته)، 9/13% (درنمونه ی حاوی 28/4 گرم نشاسته) و 8/37% (درنمونه ی حاوی 67/5 گرم نشاسته) را نشان می دهند. از سوی دیگر نرخ تخریب آنزیمی نمونه ها نشان می دهد، زنجیره های نشاسته به علت عدم برقراری اتصالات شیمیایی با سامانه، به صورت مستقل در فرآیند تخریب عمل می کنند. به نظر می رسد، حفرات بر جای مانده از تخریب نشاسته، روند تخریب کل سامانه را علیرغم وجود اتصالات عرضی تسریع بخشیده است. نتایج آزمون گرمایی نشان داد که رفتار گرمایی نمونه های یورتان- اکریلات حاوی نشاسته نسبت به یورتان تغییر کرده است. هم چنین احتمالاحضور اتصالات عرضی، موجب گشته است که دمای تخریب نهایی نمونه ها ی پخت شده به مقادیر بالاتری افزایش یابد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی