ساخت و مشخصه يابي پوشش خود ترميم شونده ذاتي و فوق آبگريز بر پايه پلي يورتان سوپرامولكولي فلوئورينه شده

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي پليمر

دكتري

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.

236626

مهندسي پليمر

مهندسي شيمي

دانشگاه صنعتي اصفهان