شماره راهنما :
2431 دكتري
پديد آورنده :
سهيلا كريمي علويجه
عنوان :
ساخت و مشخصه يابي پوشش خود ترميم شونده ذاتي و فوق آبگريز بر پايه پلي يورتان سوپرامولكولي فلوئورينه شده
گرايش تحصيلي :
مهندسي پليمر
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
چهارده، 128ص. : مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها :
خود ترميم شوندگي , فوق آبگريز , پلي يورتان , پيوندهاي هيدروژني , سوپرامولكولي , حافظه شكلي
تاريخ ورود اطلاعات :
1404/10/16
رشته تحصيلي :
مهندسي پليمر
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1404/10/17
چكيده فارسي :
در اين پژوهش، سامانهاي بر پايه پلييورتان سوپرامولكولي فلوئورينهشده طراحي و بررسي شده است كه داراي ويژگيهاي خودترميمشوندگي ذاتي و فوقآبگريزي است. عملكرد خودترميمي اين سامانه بر اساس پيوندهاي هيدروژني طراحي شده كه يكي از راهكارهاي ايجاد ساختارهاي سوپرامولكولي محسوب ميشود. براي اين منظور، از مولكول يوريدوپيريميدينون (UPy) استفاده شده كه قادر به تشكيل پيوندهاي هيدروژني چهارگانه است. اين مولكول پس از عاملدار شدن با ايزوسيانات، با گروههاي هيدروكسيل موجود در پليال اكريليك واكنش داده و بخشي از پيوندهاي كووالانسي را جايگزين ميكند تا پلييورتاني با قابليت خودترميمي توليد شود. ساختار نهايي با استفاده از آزمونهاي طيفسنجي مادون قرمز تبديل فوريه (FTIR) و تشديد مغناطيسي هسته (NMR) مورد تأييد قرار گرفت. با توجه به اينكه پلييورتانها به دليل وجود فازهاي سخت و نرم ميتوانند حافظه شكلي ايجاد كنند، كه با استناد بر اين حقيقت كه حضور پيوندهاي هيدروژني ميتواند اين قابليت را تقويت كند. عملكرد اين سامانه با آزمونهاي مكانيكي-حرارتي نيز مورد ارزيابي قرار گرفت. نتايج نشان دادند كه نمونه كنترل (بدون پيوند هيدروژني) داراي نرخ بازيابي شكل 62% است، در حاليكه با جايگزيني پيوندهاي كوالانسي با پيوندهاي هيدروژني با اضافه كردن ساختار UPy دارنده پيوندهاي هيدروژني تا 25% ) نمونه (UPy25، نرخ بازيابي شكل به 6/99% افزايش يافت. اما با افزايش بيشتر ساختار UPy تا 45% و 75% (نمونههاي UPy45 وUPy75)، اين نرخ كمي كاهش يافته و بهترتيب به 3/98 % و 8/97 % رسيد. از سوي ديگر، ميزان خودترميمشوندگي اين سامانهها تحت شرايط دمايي مختلف و با تركهايي در اندازههاي گوناگون با استفاده از آزمونهاي رئولوژيكي و ميكروسكوپ نوري بررسي شد. در پوششهاي پلي يورتان با حافظه شكلي خودترميم شونده(SHSMPU) بر پايه اكريليك (AC) دارنده پيوند هيدروژني SHSMPU-AC-UPy(0-100)، بهدليل دماي انتقال شيشهاي نسبتاً بالا (70 تا 100 درجه سانتيگراد)، ترميم تنها در دماهاي بالا ممكن بود كه با اهداف اين تحقيق همراستا نبود. بنابراين به منظور كاهش دماي انتقال شيشهاي پوشش و تسهيل فرآيند ترميم در دماهاي پايينتر (حدود 25 تا 50 درجه سانتيگراد)، از بسطدهندههاي زنجيري اليفاتيك مانند پلياتيلن گلايكول ( با Tg حدود 41- درجه سانتيگراد) استفاده شد. اين اصلاح باعث شد در پوششهايي با ضخامت 50 ميكرون و تركهايي با عرض كمتر از 10 ميكرون، ميزان خودترميمي در دماي 40 تا 50 درجه سانتي¬گراد و در مدت 10 دقيقه براي نمونه پلي يورتان با حافظه شكلي خودترميم شونده با پايه اكريليك-پلي اتيلن گلايكول (ACP) دارنده پيوند هيدروژني SHSMPU-ACP-UPy45 تا حدود 100٪ افزايش يابد. همچنين ارزيابي ويژگيهاي رئولوژيكي قبل و بعد از ترك و ترميم، در نمونههايي با ضخامت 1000 ميكرون مانند SHSMPU-AC-UPy0 و SHSMPU-AC-UPy45، نشاندهنده افزايش راندمان ترميم از 2/50 % به 94% بود. در ادامه، براي دستيابي به خاصيت فوقآبگريزي، ابتدا زنجيرههاي پليمري فلوئورينه شدند تا زاويه تماس قطره آب با سطح پوشش به بيش از 90 درجه افزايش يابد. سپس با افزودن نانوويسكرهاي سيليكونكاربيد و افزايش زبري سطح، اين زاويه تماس به حدود 158 و 147 درجه در پوششهاي FMN-SHSMPU-AC-UPy45 و FMN-SHSMPU-ACP-UPy45 رسيد.
چكيده انگليسي :
In this research, the Preparation and characterization of an intrinsic self-healing and superhydrophobic coating based on fluorinated supramolecular polyurethane has been evaluated. The self-healing mechanism of this system relies on hydrogen bonding as one of the ways to achieve supramolecular structure. Self-healing polyurethane is obtained by the ureidopyrimidonone (UPy) molecule which is functionalized with isocyanates to react with Hydroxyl groups of acrylic polyol to form a supramolecular structure caused by quadrupole hydrogen bonding. As a validation, Infrared spectroscopy and nuclear magnetic resonance tests were utilized to confirm the supramolecular structure based on hydrogen bonding in this polymer. The performance of this system was also examined using the dynamic mechanical thermal analysis as polyurethanes have the capability to generate shape memory in the polymer due to both hard and soft properties, and on the assumption that this potential is enhanced by building a supramolecular structure with hydrogen bonds. Results of the shape memory properties investigation have shown a 62% shape recovery rate (Rf) for the SHSMPU-AC-UPy0 (ctrl) without any quadrupole hydrogen bonding obtained by UPy while Rf can raise up to 99.6% as a maximum for SHSMPU-AC-UPy25, 98.3% and 97.8% for increasing the amount of UPy to 45% (SHSMPU-AC-UPy45) and 75% (SHSMPU-AC-UPy75), respectively. On the other hand, the self-healing efficiency of the coatings in different conditions such as temperature and crack dimension using an Optical microscope and rheometer has been investigated which demonstrated healing mechanism only can take place in temperatures above the glass transition temperature. Therefore for samples that give Tg around 70-110ºC (depending on the amount of UPy; the higher Tg, the lower UPy), a temperature of 150ºC was applied for 24 hrs and it did not work out at the end as was expected. So, in order to realize the fact that hydrogen bonding could be efficient in ambient temperature or a bit higher, polyethylene glycol 400 with Tg -41 has been incorporated into the polyurethane structure with a certain amount to lower the coating Tg to 0- 15ºC (SHSMPU-ACP-UPy(0-10)). The outcome of these changes illustrated that crack width < 10µ in coating with 50µ in thickness is able to be healed by using a hairdryer (40-50 ºC heating) in 10 minutes which is incredibly significant. Moreover, the results of the rheological parameters of these two coatings of SHSMPU-AC-UPy0 and UPy45 proved that by incorporation of hydrogen bonding in polyurethanes, healing efficiency can be enhanced from 50.2% to 94% based on complex modulus (G*) measurement of before and after track and after healing at 150ºC. In line with the realization of superhydrophobicity, polyurethane has been fluorinated, and then Si-C nanowhiskers were added to the coating to achieve the contact angle of 158º and 147º for FMN-SHSMPU-AC-UPy45 and FMN-SHSMPU-ACP-UPy45.
استاد راهنما :
سعيد نوري خراساني , رسول اسمعيلي نيسياني
استاد مشاور :
محمود معصومي , محمد ديناري
استاد داور :
اميد معيني جزني , فرزانه علي حسيني , افسانه فخار