عنوان پایان‌نامه
تهیه و بررسی سیستم های پوششی بر پایه عوامل پخت دوگانه یورتان آکریلات
- رشته تحصیلی
- مهندسی پلیمر
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1804.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 78149;کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1804.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 78149
- تاریخ دفاع
- ۰۴ مهر ۱۳۹۵
- دانشجو
- محسن صرافی
- استاد راهنما
- بابک کفاشی
- چکیده
- پلیمریزاسیون تابشی روشی کاربردی است که تهیه پوشش های متنوع از سامانه های مایع را امکان پذیر می سازد. این سامانه امکان استفاده از فرمولاسیونهای فاقد حلالهای شیمیایی را فراهم کرده و پوششهایی با مقاومت مکانیکی عالی، مقاومتهای محیطی فوق العاده و غیره حاصل می کند. این سامانه پخت دارای معایبی همچون وجود نقاط تاریک در پوشش دهی اجسام سه بعدی و مشکل در پخت فیلمهای با ضخامت بالا و حاوی رنگدانه زیاد است. برای از بین بردن نواقص آن، استفاده از یک سامانه پخت دوم در کنار پخت تابشی معرفی شده و توسعه یافته است. در این پژوهش رزین یورتان اکریلات با قابلیت پخت دوگانه حرارتی-تابشی، بصورت یک سامانه دوجزئی سنتز شده است. جزء اول بعنوان بخش اصلی، خواص مکانیکی پوشش نهایی را تأمین می کند و از نوع پلی استر اشباع است. این رزین دارای انعطاف زیاد بوده و در سامانه پخت حرارتی با آمینو رزین، سختی پاندولی 288.3 ثانیه دارد. جزء دوم که در واقع هاردنر جزء اول محسوب می گردد، بصورت ترکیب ساده یورتان مونواکریلات و از واکنش تولوئن دی ایزوسیانات و هیدروکسی اتیل متاکریلات تهیه شده است. پخت حرارتی این ترکیب ها به کمک رئولوژی واکنشی بررسی شده و سینتیک واکنش ها به کمک مدل هلالی بولتزمن توضیح داده شده اند. با توجه به این مدل، سرعت تشکیل شبکه در حضور رقیق کننده بوتان دی ال دی اکریلات در دمای oC100 برابر 86 ثانیه و در حضور رقیق کننده تری متیلول پروپان تری اکریلات بسیار سریع تر و برابر 56 ثانیه بوده است. بررسی نقطه ژل به کمک قانون توانی نشان داد که واکنشهای پخت حرارتی در حضور بوتان دی ال دی اکریلات در مدت زمان 330 ثانیه آغاز می شوند که در مقابل تری متیلول پروپان تری اکریلات (705 ثانیه) سریع تر است. پخت تابشی ترکیب به کمک طیف سنجی همزمان مادون قرمز و اشعه ماوراءبنفش انجام شده و تأثیر ساختار رزین و اثر وجود رقیق کننده در عدد موجی cm-1810 مطالعه گردید. نتایج نشان می دهند که سرعت شروع واکنشهای پخت تابشی در حضور تری متیلول پروپان تری اکریلات تقریبا دو برابر رقیق کننده دیگر بوده اما بدلیل ماهیت شیمیایی آن، درصد تبدیل نهایی محدود است. ترکیب مذکور با شرایط مختلف بصورت تابشی- حرارتی پخت شده و عوامل اثرگذار بر روی خواص نهایی ماکرو از طریق طراحی آزمایش بررسی گردید. طبق نتایج بدست آمده مهمترین عامل، مقدار رقیق کننده فعال بوده است؛ افزایش مقدار رقیق کننده از 10% به 20%، سختی پاندولی فیلم رزین را به میزان قابل توجهی کاهش داده است. از میان عوامل مورد بررسی، دمای پخت حرارتی و مدت زمان تابش نور UV کمترین تأثیر را بر خواص نهایی داشته اند. برای سامانه طراحی شده، ترتیب سامانه پخت تأثیر محسوسی داشته و انجام پخت حرارتی در ابتدا، سختی بالاتری را حاصل کرده است (223 ثانیه در مقابل 213 ثانیه). از آنجا که پخت تابشی فیلمی با سختی و شکنندگی زیاد حاصل می کند، برای دست یابی به انعطاف پذیری مناسب در عین سختی سطحی از مقادیر اندک یک پرکننده معدنی استفاده می شود. بدین منظور اثر استفاده از نانوسیلیکا Aerosil HDK N20 بر سختی نهایی فیلم پوششی حاصل از یورتان اکریلات بررسی گردیده است. مقدار مورد نیاز برای این ماده با کمک آزمایشهای رئولوژیکی، 3.6% محاسبه شده است. با افزودن این مقدار پرکننده به رزین یورتان اکریلات، فیلمی با سختی زیاد حاصل شده ضمن آنکه انعطاف و چسبندگی آن تا حد امکان حفظ شده است.
- Abstract
- Photo-polymerization is an applicable method to produce a polymeric network from liquid resin systems. Such system provides solvent-free formulations and results in coating films with excellent mechanical strength, high weathering properties, etc. UV-curing systems have some limitations for example in coatings on 3D objects and high –pigmented systems. In order to overcome these problems, a second curing system is applied. This research is an effort to synthesize and investigate such systems. In this study, a 2-pack urethane acrylate resin is synthesized in a way that two curing systems must be applied to achieve excellent properties. The first component has a polyester polyol chemical structure and provides excellent flexibility in a conventional thermal curing system. Pendulum hardness of aminoresin cured films was 288.3s. The second component works as a hardner and has urethane monoacrylate structure. It has been synthesized from toluene diisocyanate and hydroxyethyl methacrylate and added to the polyester in regards to hydroxyl value. Cure advancement of such system in UV and thermal curing methods was investigated via real-time FTIR and chemorheology techniques. Kinetics of thermal reactions described with Boltzmann sigmoidal model and effects of resin’s chemical structure and reactive diluent on curing parameters were studied. Finally, the effect of curing conditions on pendulum hardness of coating films are studied via design of experiments with Placket-Burmann method of design. The result show that the content of reactive diluent is the most effective parameter in coating films’ hardness and curing temperature and time of irradiation is less effective. In order to increase the surface hardness in a coating, use of small amounts of mineral filler may be useful. Effect of addition of a silica filler in this system was investigated. The proper amount of filler was calculated about 3.6% via rheology experiments. Addition of this amount to urethane acrylate dual-cure system, increases the film hardness and the flexibilty remains in an acceptable range. Keywords: Urethane acrylate, Photo-polymerization, Dual-cure, Chemorheology, Real-time FTIR
