آمایش سطحی نانوسیلیکا با ماده پیونددهنده اپوکسی سیلان به منظور بهبود خواص آن در بستر پلی‌یورتان

نویسندگان

1 گروه پژوهشی نانو فناوری رنگ و پوشش، موسسه پژوهشی علوم و فناوری رنگ و پوشش، تهران، ایران

2 دانشکده مهندسی پلیمر و رنگ، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

3 گروه پوشش‌های سطح و خوردگی؛قطب علمی رنگ، موسسه پژوهشی علوم و فناوری رنگ و پوشش

چکیده

در این تحقیق نانو سیلیکا تحت شرایط مختلف pH با گلیسیدوکسی پروپیل تری متوکسی سیلان آمایش شد. به منظور بررسی میزان اصلاح سطحی، یک سری آزمون‌ها بر روی ذرات و بر روی پوشش شفاف پلی‌یورتان حاوی نانو ذرات انجام شد. جهت بررسی مشخصات ذرات آزمون‌های pH نانو ذره، چگالی، طیف‌سنجی زیر قرمز، آنالیز عنصری و پتانسیل زتا انجام شد. همچنین جهت بررسی شیمی سطحی ذرات آمایش شده، آزمون کدورت‌سنجی در حلال‌هایی با عامل حلالیت متفاوت انجام گرفت. نتایج نشان داد میزان حضورلایه اپوکسی سیلان درسطح وابسته به تنظیم pH در طی فرآیند آمایش می‌باشد. بیشترین میزان واکنش در شرایط نزدیک به نقطه ایزوالکتریک اپوکسی سیلان (4.7) و بالای نقطه ایزوالکتریک سیلیکا (pH بین 6-5 ) مشاهده گردید. حضور سیلان در سطح منجر به کاهش نسبی چگالی ذرات و افزایش نقطه ایزوالکتریک ذرات آمایش شده گردید. نمونه با درصد میزان سیلان بیشتر در سطح، قابلیت ﭘراکنش بهتری در حلال‌های با پیوند هیدروژنی (Hδ) بالاتر و قطبیت (Pδ) کمتر نشان داد. این پدیده به دلیل افزایش آبگریزی ذرات اصلاح شده و کاهش قطبیت آنها می‌باشد. جهت کمی کردن برهم‌کنش سطح ذره با بستر رزینی آزمون‌های استحکام کششی، آزمون دینامیکی مکانیکی حرارتی (Dynamic Mechanical Thermal Analysis) DMTA و سختی دندانه‌ای به روش Buchholz در یک رزین ‌یورتانی بررسی گردید. نتایج حاکی از افزایش برهم‌کنش فیزیکی و شیمیایی بین ذرات آمایش شده و رزین بوده که نتیجه آن تغییر قابل ملاحظه‌ای در خواص مکانیکی این نانو پوشش‌ها در مقایسه با پوشش‌های حاوی نانو سیلیکای آمایش نشده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Surface Treatment of Nano Silica with Epoxy Silane Coupling Agent for Improving its Properties in Polyurethane Matrix

نویسندگان [English]

  • M. Rostami 1
  • M. Mohseni 2
  • Z. Ranjbar 3
1 Department of Nanomaterials and Nanocoatings, Institute for Color Science and Technology
2 Department of Polymer Engineering and Color Technology, Amirkabir University of Technology
3 Department of Surface Coatings and Corrosion;Center of Excellence for Color Science and Technology, Institute for Color Science and Technology
چکیده [English]

In this work, nano silica was modified by Glycidoxy propyl trimethoxy silane at different pH conditions. In order to study the surface treated particles, some testes on particles and poly urethane clear coat containing nano particles were performed. To characterize the particles some tests such as pH, density, FT-IR, elemental analysis and zeta potential were performed.Also in order to study surface chemistry of treated particles, Turbidity of particle in two solvents with different solubility parameters was implemented. The results show that the pH of treating bath, highly affects on amount of grafting. Maximum grafting content was obtained at isoelectric point of silane (4.7) and above isoelectric point of silica (5-6). Grafting silane on silica Surface causes the density of particles decrease and the isoelectric point increases. Sample with higher grafting has better dispersion stability in solvents with higher hydrogen bonding parameter (δH) and lower polar parameter (δP).This phenoma is because of increasing hydrophobisity of treated particles and decrease of polarity. Inorder to quantify interaction of particles with poly urethane matrix, Tensile strength, DMTA and Buchhol Hardness, were performed. The results were representative chemical and physical interaction between treated particles and poly urethane matrix which is increase considerably mechanical properties of nano composite.

کلیدواژه‌ها [English]

  • nano silica
  • surface treatment
  • Epoxy silane
  • Zeta potential
  • Indentation hardness
  • DMTA