پديد آورنده :
شاه زماني، مهناز
عنوان :
سنتز و مشخصه يابي ايروژل هاي هيبريدي سيليكا و نووالاك حاوي پلي بوتادين
گرايش تحصيلي :
مهندسي پليمر
محل تحصيل :
اصفهان: دانشگاه صنعتي اصفهان، دانشكده مهندسي شيمي
صفحه شمار :
شانزده، 150ص.: مصور
استاد راهنما :
روح الله باقري، محمود معصومي
استاد داور :
عليرضا مهدويان، احمد اسدي نژاد، زهرا طالبي
تاريخ ورود اطلاعات :
1395/07/07
كد ايرانداك :
ID918 دكتري
چكيده فارسي :
چكيده ايروژلها مواد متخلخل نانوساختار با اندازه حفراتي در ابعاد نانومتر هستند كه به دليل چگالي پايين و درصد تخلخل بالا خواص ويژه و منحصر بفردي نشان ميدهند هدايت حرارتي و صوتي بسيار پايين اين مواد سبب شده است تا با توجه به اهميت صرفهجويي در مصرف انرژي در سالهاي اخير استفاده از آنها در ساخت ابرعايقهاي گرمايي بسيار مورد توجه قرار گيرد علاوه بر چگالي كم و رسانايي گرمايي پايين استحكام مكانيكي انعطاف ضربهپذيري دوام و اقتصادي بودن روش توليد ايروژلها نيز از عوامل مهم و تأثيرگذار در گسترش كاربرد آنها به منظور استفاده در ابرعايقهاي گرمايي ميباشد در اين ميان كاربرد سيليكا ايروژلها به عنوان متداولترين گروه ايروژلهاي معدني به دليل روش خشككردن رطوبتپذيري بالا و تردي و شكنندگي ساختار آنها محدود ميگردد شكنندگي دركاربرد ايروژلهاي آلي برپايه فرمالدهيد نيز با وجود استحكام بالاتر عاملي محدودكننده است در اين پژوهش به منظور افزايش ضربهپذيري و ايجاد انعطافپذيري در ساختار شكننده ايروژلها در دو بخش مجزا مطالعه بر روي هيبريدسازي دو ايروژل سيليكا و نوولاك از دو خانواده ايروژلهاي معدني و آلي به دليل شباهت ساختاري آنها انجام گرديد در بخش اول اين پژوهش كه مربوط به ايروژلهاي معدني سيليكا ميگردد از ذرات لاتكس پليبوتادين در ساختار ايروژل سيليكا استفاده گرديد ابتدا اين ذرات با ماده عاملي سولفيدوسيلاني بيس ترياتوكسي سيليلپروپيل تتراسولفيد در محيطي آبي آلي عاملدار شدند درمرحله بعد ذرات پليمري عاملدار شده طي فرايند هيدروليز و آبكافت دو مرحلهاي در ساختار سيليكا وارد و ژلهاي هيبريدي سيليكا پليبوتادين در فشار محيط سنتز شدند ايروژلهاي بدست آمده تا تركيب درصد وزني پلي بوتادين چگالي پايين بين 3 g cm تا ۵ با سطح ويژهاي در محدوده m2 g ۶ تا ۶۴ را نشان دادند با افزايش مقدارلاتكس پليبوتادين بالاتر از وزني كاهش مدول در ساختار ايروژلها مشاهده گرديد نتايج نشان داد كه تغيير تعدادي از عوامل مانند حلال سل سيليكا و pH محيط هنگام ژل شدن اگر چه باعث ايجاد استحكام فشاري بهتر ميگردد اما اين بهبود با افزايش چگالي از 3 g cm تا ۴ و كاهش تخلخل از همراه خواهد بود درحاليكه با تغيير عوامل ۵ ۶ تا مربوط به ذره پليمري مورد استفاده مانند درجه پيوندزني عامل سيلاني چگالي اتصالات عرضي اندازه نوع و گونه ذرات لاتكس ميتوان استحكام مكانيكي ايروژل را بدون اينكه خواص مطلوب آن مانند چگالي و تخلخل تحت تأثير قرار گيرند تا سه برابر افزايش داد ساختار مورفولوژي و خواص فيزيكي ژلهاي هيبريدي با چگالي هدف پايينتر و اتصال عرضي كمتر كه خشك شدن آنها به هر دو روش فشار محيط و فوق بحراني انجام گرفت نيز مطالعه گرديد نتايج نشان داد كه تخلخل و چگالي نمونههاي بدست آمده از روش فوق بحراني بهتر از روش فشار محيط بود علاوه بر آن ساختار ژلهاي بدست آمده از روش فوقبحراني نرمي و انعطافپذيري بيشتري نسبت به روش فشار محيط نشان دادند در بخش دوم كه مربوط به ايجاد ضربهپذيري در ايروژلهاي آلي نوولاك ميگردد ابتدا ساختار ژل فنلي نوولاك در حضور رزين پليبوتادين هيدروكسيله تشكيل و سپس زنجيرههاي رابر بر اثر واكنش با گروههاي ايزوسياناتي تولوئنديايزوسيانات درون ساختار نوولاك تثبيت گرديد ايجاد پيوندهاي هيدروژني بين اين دو پليمر پس از تشكيل ژل و همچنين تشكيل گروههاي يورتاني پس از واكنش با ديايزوسيانات با استفاده از طيفسنجي مادون قرمز تأييد گرديد چگالي ايروژل هاي بدست آمده از 3 ۴ g cm تا تغيير ميكنند حضور پليبوتادين و شبكهاي شدن آن در ساختار شبكهاي ژل نوولاك تغييراتي در ساختار شيميايي و ريزساختار آن ايجاد ميكند براساس
چكيده انگليسي :
Abstract Aerogels are nano structured open porous materials synthesized via a sol gel process The combination of high porosity very low density and high surface areas make them convenient for use in thermal and acoustic insulating materials The cost and mechanical properties such as strength flexibility and energy absorption are effective parameters as well as thermal performance in thermal superinsulations The application of silica aerogels as conventional groups of inorganic aerogels is limited because of their fragile structure and hygroscopic properties The organic aerogels represented brittleness and fragility despite with higher mechanical strength In this study to reduce brittleness and fragility the hybridization of inorganic and organic aerogels was investigated in two sections separately For this purpose the silica and novolac aerogels were selected because of their similar colloidal structure In the first part of this study the hybrid silica aerogels were synthesized by a two step acid base catalyzed hydrolysis and condensation of TEOS and silane functionalized polybutadiene latex Si f PBL via ambient pressure drying Polybutadiene latex PBL nanoparticles were modified with TESPT at the presence of zinc oxide in a process like pre vulcanization The monolithic hybrid aerogels with different polymer latex content 0 70 wt were prepared The aerogels containing up to 30 wt of polybutadiene latex showed lower densities ranging from 0 19 to 0 24 g cm3 and higher surface areas from 763 to 461 m2 g with negligible volume shrinkages after drying Increasing in polymer latex content 30 wt resulted in lower surface area along with a sharp decrease in the porosity as evaluated by Nitrogen adsorption desorption The aerogel samples with compression strength varying from 262 to 14450 kPa were obtained It was found that increasing the silane grafting degree of polybutadiene latex improved the compression strength properties more than 3 from 262 4 to 853 6 kPa without decreasing in porosity Supercritical drying could avoid polymer particles aggregation leading to wider pore distribution including large pores and higher pore volumes Furthermore a different non rigid structure was found from nitrogen sorption isotherms in supercritical condition In the second part a novel approach was introduced to reduce the brittle behavior of phenolic novolac aerogels Hydroxy terminated polybutadiene HTPB resin a low molecular weight rubbery material was used to modify novolac type phenolic aerogels The aerogels were prepared by two step sol gel polymerization at high temperature pressure process followed by ambient pressure drying First HTPB chains were introduced into the novolac network during the gelation and then were consolidated in the novolac structure through reaction with toluene diisocyanate TDI The resulting aerogels containing different amounts of HTPB 0 50 wt exhibited low bulk density in the range of 0 14 0 23 g cm3 By increasing the amount of HTPB the change was observed in microstructure morphology and physical properties which corresponded well with mechanical properties and thermal conductivity variations The measured compression modulus of the aerogels was found to decrease from 96 0 for pure novolac to 11 8 MPa with addition of HTPB indicating some extent of flexibility in the network
استاد راهنما :
روح الله باقري، محمود معصومي
استاد داور :
عليرضا مهدويان، احمد اسدي نژاد، زهرا طالبي
