Skip to main content
SUPERVISOR
Behzad Niroumand,Ahmad Monshi
بهزاد نيرومند (استاد راهنما) احمد منشي (استاد راهنما)
 
STUDENT
Maryam Esmailpour Ganji
مريم اسمعيل پورگنجي

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
چکيده در اين پژوهش پليمر پلي اورتان به عنوان يک پليمر شفاف پرکاربرد مورد مطالعه قرار گرفت. از آنجاکه پلي‌اورتان در دسته مواد آب‌دوست جاي دارد، تغيير ماهيت شيميايي اين پليمر با استفاده از درصدهاي مولي مختلف از ماده افزودني با انرژي سطحي پايين به روش اختلاط مورد بررسي قرار گرفت. نتايج به دست آمده از آناليز طيف سنجي پراکندگي انرژي پرتو ايکس و آزمون ميکروسکوپ نيروي اتمي نشان داد مهاجرت ماده افزودني به سطح، نه تنها شيمي سطح پوشش را اصلاح کرده، بلکه فيزيک آن را نيز با ايجاد زبري در مقياس نانو تغيير داده است. براي پوشش‌هاي اصلاح شده توسط پلي اکريلات اصلاح شده با سيليکون، مشخص شد درصد بهينه ماده اصلاح گر مقداري است که بتواند هم شيمي سطح و هم فيزيک آن را اصلاح کند. در اين ميان درصد مولي 5 توانست بهبود 60 درصدي در رفتار آب‌گريزي ايجاد نمايد و زاويه تماس را از 65 تا حدود 104 درجه افزايش دهد. همچنين مطالعاتي بر روي نرخ‌ عمل آوري صورت گرفت و مشخص گرديد اين پارامتر نقش مهمي در تشکيل الگوي زبري سطح شامل تراکم، اندازه و شکل زبري‌ها و در نهايت در رفتار ترشوندگي پوشش دارد. نتايج نشان دادند از ميان نمونه‌هاي عمل‌آوري شده در جعبه، دماي محيط، 80، 100 و 120 درجه سانتيگراد، نمونه‌ي عمل‌آوري شده در دماي محيط داراي بالاترين زاويه تماس بوده و از بيشترين عدد زبري مجذور ميانگين مربعات به بزرگي 33/20 نانومتر برخوردار بوده است. با کاهش اين معيارِ زبري، زاويه تماس نمونه‌ها نيز کاهش يافته است. همچنين براي اولين بار مکانيزمي براي توصيف عمل‌کرد ماده افزودني در تغيير رفتار ترشوندگي و ايجاد زبري با الگوهاي مختلف پيشنهاد شد. در اين راستا بر اساس نتايج حاصل از سنجش کشش سطحي و طيف سنجي پراکندگي انرژي پرتو ايکس پارامتري با عنوان "فشار جانبي سطحي" معرفي شد. اين پارامتر با استفاده از انرژي سطحي ماده افزودني مورد استفاده و درصد حضور آن بر روي سطح، معياري کمي براي عمل‌کرد ماده افزودني ‌ارائه مي کند. تغييرات عدد فشار جانبي از صفر به mN/m 3/53 و مجددا کاهش آن به mN/m 3/16 با روند افزايشي و کاهشي عدد زبري مطابق بوده و آن را توصيف کرده است. در ادامه پوشش‌هاي نانوکامپوزيتي حاوي نانوذرات سيليکا در حضور و عدم حضور ماده کاهنده انرژي سطحي به روش اختلاط تهيه شدند. يافته‌ها نشان داد در عدم حضور ماده کاهنده انرژي سطحي، الگوي زبري ايجاد شده درحضور 2 درصد وزني نانو‌ذره تا 15% به ترشوندگي بيشتر پوشش منجر گرديده است. اين امر به ماهيت آب‌دوستي سطحي ترين مولکول ها نسبت داده شد. استفاده از ماده کاهنده انرژي سطحي در حضور درصدهاي مختلف از نانوذرات باعث ايجاد ريخت‌هاي متنوع در سطح گرديد و پوشش‌هاي با زواياي تماس مختلف ايجاد کرد. پايين‌ترين زاويه تماس برابر 90 درجه براي پوشش‌هاي محتوي 8 درصد وزني نانوذره و 1درصد مولي افزودني پرفلوئورو‌دودکانول و بالاترين زاويه تماس برابر با 109 درجه براي نمونه محتوي 2درصد وزني نانوذره و 5درصد مولي افزودني پلي اکريلات اصلاح شده با سيليکون به‌دست آمد. در رويکردي ديگر پس از اصلاح سطحي نانوذرات توسط عوامل فلوئوردار و سيليکون دار، پوشش‌هاي پلي اورتاني نيمه عمل آوري شده در محلول حاوي نانوذرات اصلاح شده چندين مرتبه غوطه ور گرديدند. در نهايت بسته به نوع ماده آلي مورد استفاده و تعداد لايه غوطه وري، الگو‌هاي زبري متفاوتي بر روي پوشش‌ها ايجاد شد. بررسي‌ها نشان داد الگوهاي زبري با ساختار ميکرو- نانو با محدوده عدد زبري 2-7 ميکرومتر به افزايش زاويه تماس از 89 تا 130 درجه منجر گرديده و در مقابل در اثر تفرق نور مرئي، ميزان شفافيت اين پوشش‌ها را از 80 تا 40 درصد کاهش دادند. جهت توصيف رفتار ترشوندگي اين پوشش‌ها از رژيم قارچي استفاده شد و شرايط پايداري قطره بر اساس اين رژيم بدست آمد. رژيم قارچي که زير مجموعه‌اي از رژيم گل‌برگ گل رز در نظر گرفته شد نشان داد به دليل حضور زبري‌هاي نانومتري متراکم زاويه تماس بالا با رفتار چسبنده همراه بوده است. کلمات کليدي: رفتار ترشوندگي، نانوکامپوزيت پلي‌اورتان، نانوزبري، فشار جانبي سطحي، رژيم شبه قارچي، برهمکنش واندروالس

ارتقاء امنیت وب با وف بومی