عنوان پایان‌نامه
سنتز پوشش های پلی یورتانی و بررسی اثر نانوذرات گرافن اکسید(GO) بر خواص آن ها
- رشته تحصیلی
- مهندسی پلیمر - صنایع پلیمر
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 79433;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 79433;کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1827.;کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1827.
- تاریخ دفاع
- ۲۷ دی ۱۳۹۵
- دانشجو
- سهند سراجیان
- استاد راهنما
- محمد نجفی
- چکیده
- پوشش های پلی یورتانی(PU) در سالهای اخیر رونق بسیاری پیدا کرده و کاربرد آن ها در مصارفی از جمله حفاظت های خوردگی و شیمیایی در حال افزایش می باشد. اخیراً نانوگرافنها نیز به جهت نشان دادن خواص جدید و منحصر به فرد مورد توجه قرار گرفته اند. بدین منظور امکان سنجی سنتز نانوکامپوزیت PU با سه نوع نانوگرافن برنامهریزی شد. سه نوع پلی ال با پایه روغن کرچک با گرید های 140، 190و 270 سنتز شدند. از نانو اکسید گرافن (GO)، نانوگرافن متخلخل (PG) و نانوگرافن متخلخل آمینی (APG) استفاده شد. هدف از آمین دار کردن و تخلخل گرافن، افزایش سازگاری و سطح تماس با PU بود. پارامترهای متغیر در آزمایشات، نوع پلی ال، نوع حلال، نوع نانو ذره و مقدار نانو بود. پس از سنتز، بر روی نمونه ها طیف سنجی فوریه (FTIR) به همراه آزمون های حرارتی (TGA)، چسبندگی ((Pull-Off، استحکام کششی و غوطه وری آب نمک انجام شده و از میکروسکوپ FE-SEM برای مطالعه سطوح و پراکنش ذرات بهره گرفته شد. از FTIR نتیجه گیری شد که پلی ال های 190 و 270 ساختار مشابه دارند. اما در سنتز پلی ال 140 به دلیل استفاده از الکل آمینی، بر روی زنجیره ها گروه های آمینی متصل شده بود که باعث واکنش پذیری بالا با نانوگرافن ها شد که امکان تولید کامپوزیت را ناممکن ساخت. با مقایسه نتایج آزمون ها، برتری خواص نمونه های حاوی APG نسبت به PG اثبات شد. برتری کامپوزیت های APG نسبت به GO نیز تقریباً صادق بود و فقط در TGA ، به صورت جزئی خواص حرارتی بهتری ازکامپوزیت GO دیده شد. با بررسی Pull-Off، مشخص شد پلی یورتانهای شاهد سخت، نیمه سخت و منعطف، به ترتیب، بالاترین چسبندگی به سطح زیر لایه را دارند و در بین گرافنهای متخلخل، کامپوزیت های APG نسبت به PG چسبندگی بالاتری دارند. با مقایسه نتایج نمودار تنش کرنش نمونه های شاهد، مدول الاستیک بالاتر متعلق به PU سخت بود ولی کرنش تا پارگی کمتری از خود نشان داد اما نمونه نیمه سخت با کرنش بهتر اما مدول کمتر نشان داد برای مصارف عمومی میتواند گزینه مناسب تری باشد و به دلیل تمایل کم تر به فوم شدگی، PU مناسب تری برای تولید کامپوزیت میباشد. با مطالعه عکس های FE-SEM پراکنش مناسب صفحات گرافنی APG در بستر PU دیده شد که به دلیل افزایش آب دوستی گرافن با افزودن گروه های آمینی می باشد. همچنین عوامل مانع در مسیر سنتز پوشش ها که منجر به فوم شدگی محصول می شوند نیز مطالعه شد. در نهایت با جمعبندی مشخص شد نانوکامپوزیت PU سنتز شده از پلی ال نیمه سخت به همراه مقدار 5/1 % وزنی APG که در حلال استون پراکنده شده بود، خواص بهینه تری دارد و APG می تواند در آینده صنعت نانوکامپوزیت های PU نقش قابل توجهی ایفا کنند.
- Abstract
- Polyurethane (PU) coatings applications have significantly grown in many industries in recent years including in corrosion and chemical protective coatings. Nanographenes have recently drawn attentions due to their unique properties. To further analyze, the feasibility study of PU Nanocomposites' synthesis was investigated using three different Nanographenes. Three Castor oil based Polyols with 140, 190 and 270 grades were synthesized in our lab and consequently three different PUs with hard, medium and flexible stiffness properties were produced. Nanographene Oxide (GO), Porous Nanographene (PG) and Amino Porous Nanographene (APG) were used during the tests. The objective of Amine groups and porosity addition to the graphene was to increase the compatibility and contact surface with Polyurethanes. The studied sensitivity parameters during the lab tests were: Polyol type, Solution type, Nanoparticle type and the added nanoparticles. After completion of the lab synthesis, several tests were carried out to study the produced materials including FTIR spectrometry, Pull-off, TGA, Tensile Strength and brine immersion tests and then the FE-SEM was utilized to study the surface and dispersion of the Nanoparticles. The results of FTIR indicated that 190 and 270 Polyols have quite similar structures. however, in 140 polyols due to the application of Amino Alcohol, Amino groups were attached on the chains. The mentioned attachment generated a self-catalyzer property and increased the reactivity with Graphenes which consequently made it impossible to generate a composite from grade 140. After assessment of the tests results, superiority of the properties of APG samples compared to GO samples were proved. Also, except in TGA where the thermal properties were slightly better than GO composites, overall the APG composites were superior to the GO composites. The results of Pull-off tests indicated that hard, medium and flexible Polyurethanes demonstrate highest to lowest cohesion to the layer underneath them, respectively. In porous Graphenes, APG composites indicate better cohesion than PG composites. The results of the stress-strain curves of the samples indicated that the “hard” PU’s exhibited the highest Young’s modulus but it showed a lower strain to rupture resistance. The semi-rigid sample demonstrated better strain but lower Young’s modulus and is believed to be a better choice for general applications. On the other hand, semi-rigid PUs have less tendency to foaming and therefore can be a preferred PU for composite production. Observation of the FE-SEM results indicated proper dispersion of APG Graphene sheets in PU matrix. The reason is the increase in hydrophobic properties of the Graphene by addition of Amino groups. Also in this study, the factors causing problems in coatings’ synthesis that result in foam generation were investigated. Eventually, after assessment of all of the tests and their results, it was concluded that the PU Nano composites synthesized from the semi-rigid polyols with 1.5 weighted percentage of APG (dispersed in Acetone solutions) indicate the optimum properties related to the other materials in this study and therefore, APG can play significant role in the future of the PU Nano composites industry.
