Skip to main content
SUPERVISOR
Roohollah Bagheri
روح اله باقری (استاد راهنما)
 
STUDENT
Kiana Karimi
کیانا کریمی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1395

TITLE

Synthesis of Water Borne Poly(Urethane Acrylate)/Nano Clay Dispersions: Investigation of Stability, Mechanical and Thermal Properties
: In recent years, waterborne polyurethane dispersions as in coatings and adhesives formulations have attracted considerable attention because they are non-toxic, non-?ammable and friendly to environment. Besides environmental management, the ?exibility, low temperature property, high tensile strength, good adhesion and improved rheological property are specific properties of waterborne polyurethanes. However, these materials have some defects such as weak water resistance in the moisture environment due to sensitivity of their hydrophilic ionic bonds, and ester groups to hydrolysis, short shelf life stability, which need to be improved. Also, low heat resistance of these materials is due to a relatively low crystalline melting point or glass transition temperature of hard segments. One of the best ways to solve these problems and improve their properties for different applications are addition of acrylate polymers and inorganic fillers especially Nano-sized layered silicates within poly urethane acrylate matrix. In this work, waterborne poly (urethane acrylate) Nano composites with Polycaprolactone polyol, IPDI, and methyl methacrylate were synthesized by two different methods; Reverse emulsion and semi Inter penetrating Networks. The acrylic to urethane ratio was kept at 15:85 and 30:70 by weight throughout. The chemical formation of dispersions Stability of dispersion, Thermal properties and mechanical properties, were studied by ATR- FTIR spectroscopy, dynamic light scattering and Zeta potential, TGA and Tensile test, respectively. The results showed that stable PUA dispersions have been successfully synthesized but poly (urethane acrylate) dispersion made in semi penetrating networks method by urethane acrylate ratio 70/30% showed better properties.
امروزه با افزایش نگرانی های زیست محیطی تهیه پراکنه های پلی یورتان پایه آبی مورد توجه قرار دارد. اما در تهیه این پراکنه ها چالش هایی چون ناپایداری، عدم مقاومت به آب و حلال، عدم مقاومت به گرما وجود دارد. از بهترین راهکار های موجود، اصلاح پراکنه های پلی یورتان با بخش های اکریلیک و نیز افزودن نانو ذرات تقویت کننده جهت بهبود خواص است. در این پژوهش دو روش امولسیون معکوس و شبکه های پلیمری در هم نفوذ کرده و دو درصد وزنی 15% و 30% برای بخش اکریلیک (MMA) در خوراک برای تهیه پراکنه های پلی (یورتان اکریلات) پایه آبی پیشنهاد شد. پراکنه پلی (یورتان اکریلات) پایه آبی حاوی 30 درصد وزنی بخش اکریلیک تهیه شده به روش شبکه های پلیمری در هم فرو رفته توانست خواص مطلوب تری از جمله پایداری و خواص مکانیکی بهتری را حاصل نماید. در مرحله ی بعد درصد های مختلف ذرات نانو رس درون پلی کاپرولاکتون تحت امواج فراصوت و همزن مکانیکی با دور بالا پراکنده و تهیه پراکنه ها با روال قبلی ادامه پیدا کرد. نتایج آزمون های کششی نشان داد که گرچه تشکیل ساختار های نیمه شبکه ای در هم نفوذ کرده و حضور نانو ذرات رس توانسته است خواص کششی از جمله مدول یانگ، استحکام کششی نهایی و سختی را به میزان قابل توجهی بهبود بخشد اما ازدیاد طول در نقطه شکست کاهش یافته است. به طوری که استحکام کششی و سختی یرای نمونه پلی یورتان پایه آبی حاوی 30% بخش اکریلیک به ترتیب 12.75 و 82 در مقایسه با 7 مگاپاسکال و 82 شور A نسبت به پلی یورتان خالص افزایش داشته است. نتایج حاصل از طیف سنجی مادون قرمز نشان داد که تهیه پراکنه ی پلی یورتان پایه آبی (WPU) با موفقیت انجام شده است. بر همکنش های هیدروژنی بین زنجیر های PMMA و WPU در شبکه های پلیمری در هم نفوذ کرده بیشتر است. نتایج حاصل از استخراج پلی (متیل متاکریلات) (PMMA) فیلم ها با استفاده از حلال نشان داد که درصد قایل ملاحظه ای از مونومر MMA به صورت هموپلیمر PMMA تهیه شده و زنجیر های متصل شده PMMA به WPU بخش کمی از ساختار پراکنه ها را تشکیل داده است. با افزودن نانو رس به پراکنه ها این پیوند های هیدروژنی بین زمینه پلیمری و ذرات نانو رس تقویت شد و همچنین مشاهده شد که با استفاده از روش ارائه شده در این پژوهش ترکیب اولیه نانو رس و پلی کاپرولاکتون توانسته است این پیوند های هیدروژنی را تقویت نماید. با اندازه گیری ابعاد ذرات پراکنه های تهیه شده در این پژوهش مشخص شد که ذرات پراکنده همگی در مقیاس نانو بوده هستند. با این وجود شبکه های پلیمری در هم نفوذ کرده فیزیکی اندازه ذرات برابر با 65 نانومتر داشتند ولی این ابعاد در روش امولسیون معکوس بزرگتر وپراکنده تر بود. و افزودن 2% وزنی نانو ذرات رس می تواند ابعاد ذرات را تا حدود 100 نانو مترافزایش دهد و میزان پراکندگی ابعاد ذرات را به شدت زیاد نماید. نتایج حاصل از آزمون پتانسیل زتا بر روی پراکنه های آنیونی پلی (یورتان اکریلات) پایه آبی تایید دیگری بر میزان پایداری نمونه ها بود و در این مورد نیز نشان داده شد که نمونه های تهیه شده به روش درجا پایداری بهتری از خود نشان می دهند. قدر مطلق پتانسیل زتا برای پراکنه های پلی یورتان، پلی (یورتان اکریلات) و پراکنه های 2% وزنی نانو رس به ترتیب برابر با 48-، 38- و 19- میلی ولت بود. نتایج حاصل از آزمون پراش اشعه ایکس نشان داد که با افزایش فاصله بین لایه ای صفحات نانو رس، زنجیر های پلی (یورتان اکریلات) توانسته اند به درون صفحات نانو رس نفوذ نمایند و ساختار های بین لایه ای پایداری را تشکیل دهند. اما این میزان بین لایه ای شدن در نمونه ی حاوی 5/2 درصد نانو رس نسبت به سایر نمونه ها کمتر بود که نتیجه ی این امر در آزمون خواص مکانیکی خود را نشان داد و استحکام کششی این نمونه نسبت به سایر نمونه ها پایین تر بود. این امر می تواند نشانه ای از ایجاد ساختار های کلوخه ای و تمرکز تنش در محل این کلوخه ها باشد. نتایج آزمون گرما وزن سنجی نشان داد که با افزایش بخش اکریلیک پایداری گرمایی بهبود یافته و از 390 درجه سانتیگراد برای پلی یورتان به 453 درجه سانتیگراد

ارتقاء امنیت وب با وف بومی