In recent years, waterborne polyurethanes as in coatings and adhesives formulations

Transcript

1 Available in: Iranian Journal of Polymer Science and Technology Vol. 26, No. 5, December January 2014 ISSN: Online ISSN: Nanoclay Dispersion and its Effect on Properties of Waterborne Polyurethanes Hengameh Honarkar and Mehdi Barikani* Polyurethane, Fibers and Nanopolymers Department, Faculty of Science, Iran Polymer and Petrochemical Institute, P.O. Box: ,Tehran, Iran Received 20 February 201, accepted 28 August 201 A B S T R A C T Keywords: waterborne polyurethane, nanoclay, layer silicate, thermal stability, nanocomposite In recent years, waterborne polyurethanes as in coatings and adhesives formulations have attracted considerable attention because they are non-toxic, non-flammable and friendly to environment. Besides environmental management, the flexibility, low temperature property, high tensile strength, good adhesion and improved rheological property are specific properties of waterborne polyurethanes. Also low production cost of waterborne polyurethanes over solvent-borne polyurethanes is also a reason for their applications. However, these materials have some defects such as weak water resistance and low adhesion in the moisture environment due to sensitivity of their hydrophilic ionic bonds, ether groups, urethane and ester groups to hydrolysis which need to be improved. Also, low heat resistance of these materials is due to a relatively low crystalline melting point or glass transition temperature of hard segments. One of the ways to solve this problem and improve its properties for different applications is the addition of inorganic fillers especially nano-sized layered silicates within polyurethane matrix. In this way water resistance, heat resistance, mechanical properties and modulus increase simultaneously. In this research, waterborne polyurethane nanocomposites with PTMG polyol, IPDI, DMPA (internal emulsifier), TEA (neutralizer) and 1, and 5 weight % of Cloisite 0B as reinforcement were synthesized and characterized. Polarity of the samples was investigated by contact angle test and dispersion of nanoparticles in the samples was characterized by X-Ray and TEM, Thermal properties and dynamic mechanical properties were measured by TGA and DMTA, respectively. The results showed that incorporation of clay into polyurethanes did reduce water absorption and increased heat resistance, modulus, particle size and contact angle. (*)To whom correspondence should be addressed. m.barikani@ippi.ac.ir

2 نشانی: در دسترس قابل پلیمر تکنولوژی و علوم مجله 5 شماره ششم و بیست سال صفحه ISSN: Online ISSN: خواص بر آن اثر و نانوخاكرس پراكنش ارزيابي پايهآبي پلييورتانهاي باريكاني مهدي هنركار هنگامه پستي صندوق نانوپلیمرها و الیاف پلییورتان گروه علوم پژوهشکده ایران پتروشیمی و پلیمر پژوهشگاه تهران ۹۲/6/6 پذیرش: 91/12/2 دریافت: چکیده کلیدی واژههای پايهآبي پلييورتان نانوخاكرس اليهاي سيليكات گرمايي پايداري نانوكامپوزيت گسترده بهطور و كردهاند جلب خود به را زيادي توجه پايهآبي پلييورتانهاي اخير سالهاي در دوستدار اشتعالناپذیری و سم ينبودن سبب به ترکیبات این ميشوند. استفاده چسب و روكش در رد خوب رفتار انعطافپذيري زيستمحيطي مالحظات بر افزون ميآیند. بهشمار زيست محيط پلييورتانهاي خواص ديگر از مناسب رئولوژيكي خواص و چسبندگي زیاد استحكام کم دماي رتمك پايهآبي پلييورتانهاي قيمت پايهحاللي پراكنههاي با مقايسه در همچنين است. پايهآبي محيط در كم چسبندگي و گرمايي مقاومت جمله از دارند نيز ضعفي نقاط مواد اين اما است. مشكل اين حل راههاي از شوند. برطرف است الزم كه آبکافت به نسبت كم مقاومت و مرطوب نيا با است. پلييورتان ماتريس به نانو مقياس در اليهاي سيليكاتهاي بهویژه معدني مواد افزودن اين در مييابد. افزايش مدول و مكانيكي خواص گرمايي مقاومت آب به نسبت آن مقاومت روش گليكول( پلي)تترامتيلن نوع از پليال از استفاده با پايهآبی پلييورتاني نانوكامپوزيتهاي پژوهش آمين ترياتيل و داخلي( )امولسيونکننده اسيد پروپيونيك ديمتيلول ديايزوسيانات ايزوفورون و سنتز درصد 5 و 1 مقادير در تقويتكننده فاز عنوان به 0B كلويزيت نیز و )خنثيكننده( مشاهده تماس زاویه اندازهگیری آزمون نمونهها قطبيت مطالعه براي شد. بررسي نمونهها خواص بررسي عبوری الکترونی میکروسکوپی و X پرتو پراش نمونهها در نانوذرات پراکنش چگونگي DMTA آزمون مكانيكي ديناميكي خواص بررسی و )TGA( گرماوزنسنجی گرمايي خواص ببس پلييورتاني نمونه به خاكرس افزودن داد نشان آزمونها نتايج شد. گرفته بهکار بهترتيب ميشود. تماس زاويه و ذرات اندازه مدول گرمايي پايداري افزايش و آب جذب كاهش پیامنگار: مکاتبات مسئول * m.barikani@ippi.ac.ir

3 باریکانی مهدی هنرکار هنگامه آبي پايه پلييورتانهاي خواص بر آن اثر و نانوخاكرس پراكنش ارزيابي مقدمه و پلياسترها نايلونها پلياولفينها مثل آلي پليمرهاي از گسترده استفاده آسان توليد سبك وزن مثل كليدي خواص از ناشي پلييورتانها علم در بزرگ چالش است. ارزان نسبتا قيمت و دوام فرايندپذيري خواص ماندگاري به توجه با پليمرها كاربرد به وسعتبخشيدن پليمر گرمايي مقاومت و استحكام مدول مانند خواصي افزايش و شده ياد اجزاي با آلي پليمرهاي اصالح هدف اين به رسيدن راههای از است. با پليمرها آلياژسازی راه عموميترين و سادهترين است. معدني مقياس در ذرات اين است. BaSO 4 يا CaCO چون پركنندههايي 60 تا 10 مقدار معموال دارند. کمی منظر نسبت و هستند ميكرون مورد مطلوب خواص به دستیابی براي ذرات این وزني درصد بهشدت را فرايندپذيري و كليدي خواص است ممكن كه است نياز معدني ذرات منظر نسبت افزايش با همراه اندازه كاهش دهند. كاهش اين در ميشود. پرکننده ذرات كارايي افزايش سبب اصالحكننده سالهاي در زيادي پژوهشهای و شده مطرح نانوكامپوزيتها راستا ]1 2[. است شده انجام آنها روي اخير حداقل آنها در پركننده جزء كه كامپوزيتاند نوعي نانوكامپوزيتها بر بنابراين دارد nm محدوده در اندازهاي ابعاد از يكي در باشند نانومتر مقياس در نانو ذره ابعاد از بعد چند اينكه حسب در ذرات بعد سه هر كه هنگامي دارد. وجود نانوكامپوزيت نوع سه نانوذرات مانند اندازهاند هم و نانوكروي ذرات باشد نانومتر حد روش به كه نانومتري نيمهرساناي خوشههاي يا كروي سيليكاي نانومتر مقياس در ذره بعد دو كه هنگامي ميآيند. بهدست ژل سل- نانولولههاي مثل ميگيرد شكل زیاد منظر نسبت با ساختاري باشد نانوكامپوزيتها سوم نوع نهايت در و ريزسلولوز الياف و كربن ورقه شكل به پركننده نوع اين در دارند. نانومتری بعد يك فقط حد در طولي و نانومتر حد در ضخامتي كه ميشود ديده صفحه يا پليمر- نانوكامپوزيتهاي شكل به مواد اين دارد. نانومتر چندهزار نانوكامپوزيتها نوع اين از نمونهاي ميشوند. نامگذاري اليهاي بلور ] 4[. هستند خاكرس - پليمر نانوكامپوزيتهاي اليهاي سيليكاتهاي - پليمر نانوكامپوزيتهاي اخير سالهاي در گرفتهاند قرار ه توج مورد بسيار پژوهش در هم و صنعت در هم یافتهای بهبود خواص خالص پليمر با مقايسه در مواد اين چون و استحكام افزايش زیاد مدول شامل خواص اصالح اين دارند. افزايش و اشتعالپذيري و گاز نفوذپذيري كاهش گرمايي مقاومت لحاظ از هم مواد اين تهیه ديگر طرف از است. زيستتخريبپذيري هك ميرسد بهنظر و گرفته قرار ه توج مورد مدلسازي هم و نظری پليمرها ديناميك و ساختار مطالعه براي فردي به منحصر سامانههاي ]5[. باشند محدود فضاهاي در مونتموريلونيت مانند طبيعي خاكرس به اليهاي سيليكات عبارت و الپونيت ميكا مانند سنتزي اليهاي سيليكاتهاي نیز و )MMT( نظر از و جاذب فيزيكي نظر از خاكرس ميشود. گفته هكتوريت اضافي منفي بار مقداري خاكرس انواع دارد. فعال سطحي شيميايي داخلي جانشيني كمتر بار با كاتيونهاي با ميتوانند و ميكنند حمل خاصيت كمي خاكرس تا ميشود باعث عمل اين دهند. انجام كند. پيدا اسيدي سلول در آنها موقعيت و مقدار بلوري ساختار اساس بر خاكرس انواع حداقل و صفحهاي شكل به معموال ذرات اين ميشوند. دستهبندي پايه سيليكات مونتموريلونيت ]6[. هستند نانو مقياس در بعد يك در خاكرس نانوكامپوزيتهاي ساخت در گسترده بهطور كه است اليهاي دو از متشكل بلوري ساختار داراي ترکیب این ميرود. بهكار پليمر صفحه يك و سيليكون اتمهاي به متصل خارجي چهاروجهی صفحه نسبت با اليهها است. هيدروكسيد منيزيم يا آلومينا هشتوجهی مياني نيروهاي با طول( و عرض 100 nm و قطر 1 nm )حدود زیاد منظر تشكيل به منجر بههم اليهها چسبيدن متصلاند. بههم واندروالسي معموال كه ميشود )inter layer or gallery( بيناليهاي فاصله يا داالن با بهسادگي و هستند همراه Li + و Ca +2 Naو + مثل كاتيونهايي با ميشوند. جايگزين آب در يوني تبادل واكنش راه از آلي كاتيونهاي سازگاري پليمري ماتريسهاي و آلي مونومرهاي با MMT كه آنجا از پليمر- نانوكامپوزيتهاي تهيه براي MMT است الزم دارد ضعيفي MMT ماهیت اصالح براي مؤثر راه شود. اصالح کارآمد MMT كاتيوني آلي سطحفعال مواد با بيناليهاي كاتيونهاي جايگزينكردن و ميكنند منتقل MMT به را آبگريزي آلي اصالحكنندههاي است. ديگر طرف از مييابد. بهبود پليمرها با MMT سازگاري ترتيب بدين ميشود. اوليه MMT از بيشتر شده اصالح MMT اليههاي بين فاصله نفوذ و گرمايي مكانيكي خواص بهبود در مهمي نقش MMT ساختار.]7[ ميكند ايفا پليمر - اليهاي سيليكاتهاي نانوكامپوزيتهاي در پلييورتان- االستومري نانوكامپوزيت ساخت مثالهاي اولين از سال در Pinnavaia و Wang پژوهشي كار به ميتوان خاكرس معموال متداول پلييورتاني ميكروكامپوزيتهاي ]8[. كرد اشاره 1998 مخلوط پخت سپس و پليال با معدني جزء پيشاختالط روش به براي Wang پژوهشي كار در اما ميآيند. بهدست ديايزوسيانات با خاكرس نانوذرات پراکنش بر تأكيد پلييورتان نانوكامپوزيت ساخت و اصالح مونتموريلونيت روش اين در كه است جالب بود. پليال با 12( از بيش كربن تعداد )با بلندزنجير اونيوم يونهاي با شده تبادل لح بهراحتي پلييورتانها شيمي در مصرفی پليالهاي در ميتواند آذر-دی 5 شماره ششم و بیست سال پلیمر تکنولوژی و علوم پژوهشی علمی مجله

4 آبي پايه پلييورتانهاي خواص بر آن اثر و نانوخاكرس پراكنش ارزيابي باریکانی مهدی هنرکار هنگامه آيد. بهدست خوب مدول و كشساني با نانوكامپوزيتي و شده مقياس در خاكرس پلييورتان- نانوكامپوزيت ديگر پژوهشي در تحت پلييورتان ساختار میدهد نشان نتايج است. شده ساخته نانو مالحظهاي قابل افزايش ولي نميگيرد قرار اليهاي سيليكات تأثير پيوند راستا اين در همچنين ]9[. میشود ديده كششي استحكام در خاكرس - پلييورتان نانوكامپوزيتهاي مكانيكي خواص و هيدروژني ]10[. است شده بررسي یورتانی سخت جزء مختلف نسبتهاي در دليل به سخت اجزاي در هيدروژني پيوندهاي میدهد نشان مشاهدات مقدار ميكند. تغيير نیز شكلشناسي و مييابند كاهش خاكرس وجود سيليكات پراكندگي و مقدار به بستگي هيدروژني پيوندهاي كاهش نانوكامپوزيتهاي مكانيكي و رئولوژيكي گرمايي خواص دارد. اليهاي زين واكنشناپذير و واكنشپذير سيليكاتهاي - گرمانرم پلييورتان شده ورقهاي كامال نانوكامپوزيت ]11-1[. است شده بررسي و پليمر زنجيرهاي با واكنشپذير خاكرس ذرات اختالط بهوسيله بهدست واكنشناپذير خاكرس ذرات با مياناليهاي كامپوزيتهاي كامال خاكرس ذرات كه هنگامي مكانيكي خواص بهبود است. آمده است. شده حاصل بودند شده ورقهاي بهبود تورم عامل از استفاده و تورم فرايند با ]14[ ديگر پژوهشي در پلييورتان- شده ورقهاي نانوكامپوزيتهاي خواص در چشمگيري افزودن با كه است آن از حاكي نتايج است. شده مالحظه خاكرس خواص پلييورتان نانوكامپوزيت شده اصالح خاكرس از درصد 7 در ميدهد. نشان چشمگيري ضدخوردگي و گرمايي مكانيكي ديگري پژوهشهاي خاكرس - پلييورتان نانوكامپوزيتهاي زمينه نانوكامپوزيتهاي زمينه در اما ]15-17[. است شده انجام نيز رد پراکنده پلييورتانهاي است. شده كار كمتر پايهآبی پلييورتاني پليمرها اين در گرفتهاند. قرار توجه مورد اخير سال چند در آب است. شده زيست محيط آلودهكننده آلي حاللهاي جايگزين آب زيستسازگاري بر افزون پلیمرها این از آمده بهدست محصوالت و چاپ جوهر روكش و چسب جمله از تجاري كاربردهاي داراي آن وجود بدون يا حالل مقدار كمترين با و هستند خودرو رنگهاي ميدهند. فيلم تشكيل محيط دماي در و ميشوند فرمولبندي پلي)يورتان- خاكرس- نانوكامپوزيت همكاران و Subramani نانوكامپوزيت و 25A کلویزیت نانوخاكرس با را ]18[ پایهآبی اوره( نانوخاكرس با نیز را ]19[ پایهآبی پلي)يورتان-آكريليك( - خاكرس مقدار افزايش با دريافتند آنها كردند. شناسايي و سنتز 10A کلویزیت در كششي استحكام و سختي مدول گرمايي پايداري خاكرس مييابد. افزايش نانوكامپوزيتها اين به ميتوان پژوهش اين در شده انجام مطالعات به توجه با پلييورتاني نانوكامپوزبتهاي سنتز زمينه در كه كرد اشاره نكته شده منتشر مقاالت در و شده بحث و مطالعه كم بسيار پایهآبی است. شده استفاده 25A و 10A نوع كلويزيت نانوخاکرس از هب پایهآبی پلييورتاني نانوكامپوزيتهاي ساخت پژوهش اين در وزني درصد 5 و ۱ مقادير با ]20 21[ درجا پليمرشدن روش رفتار و خواص بر آن اثر و انجام 0B کلویزیت نوع نانوخاكرس است. شده بررسي نهايي نمونههاي تجربي دستگاهها و مواد Terathane تجاري نام با اتری نوع پليال از پژوهش اين در و M n 1000= عددي متوسط مولكولي وزن هلند كشور ساخت 60 C دمای در مصرفی پليال شد. استفاده 11/9 هیدروکسیل عدد ديمتيلول شد. خشك ایستا خأل در 24 h و پویا خأل در 4 h بهمدت اصالح خاكرس و Aldrich محصول )DMPA( اسيد پروپيونيك کلویزیت تجاري نام با آمریکا Southern Clay شركت محصول شده خأل گرمخانه در دو هر )Cloisite 0B ) 90meq/100gو 0Bو خأل در شبانهروز يك و پویا خأل در 4 h بهمدت 80 C دماي در ديايزوسيانات ايزوفورون شدند. رطوبتگيري و گرفته قرار ایستا آلمان Merck شركت محصول )TEA( آمين ترياتيل و )IPDI( محصول )DMF( فرماميد ديمتيل شدند. مصرف خالصسازي بدون است ذكر شایان شد. استفاده سپس و تقطير ابتدا Merck شركت و نگهداري 4 Å مولکولی غربال حاوي ظرف در شده تقطير حالل شد. استفاده سپس دستگاه از نمونهها گرمايي پايداري تعيين براي پژوهش اين در بررسي براي انگلستان Polymer Lab شركت ساخت TGA-1500 تخاس D5000 مدل XRD پراشسنج از نمونهها بيناليهاي ساختار و 40mA جريان λ = CuKα وÅو 1/54 پرتو با آلمان Ziemens شرکت دستگاه و DMTA روش از مدول اندازهگيري براي و 40kV ولتاژ زاويه آزمون براي شد. استفاده ۱ Hz بسامد با Triton Tritic 2000 ساختار ارزيابي براي و آلمان ساخت G10-Kruss دستگاه تماس TEM عبوري الكتروني ميكروسكوپ آمده بهدست نانوكامپوزيت بهکار هلند Philips شركت ساخت 100kV ولتاژ با EM 2085 مدل لیزر نور پراکندگی دستگاه بهوسيله ذرات اندازه همچنين شد. گرفته Sema Tech, SEM-6, He-Ne مدل )Laser Light Scattering( شد. معین محیط دماي در Laser 192 آذر-دی 5 شماره ششم و بیست سال پلیمر تکنولوژی و علوم پژوهشی علمی مجله 96

5 باریکانی مهدی هنرکار هنگامه آبي پايه پلييورتانهاي خواص بر آن اثر و نانوخاكرس پراكنش ارزيابي روشها پليمر تهيه به مجهز 250mL حجم با چهاردهانه راكتور از پيشپليمر تهيه براي استفاده دكانتور و نيتروژن گاز دماسنج چگالنده و مكانيكي همزن شد. انجام روغن حمام از استفاده با ثابت دماي در واكنش شد. غربال و سيليكاژل از شده داده )عبور خشك نيتروژن با راكتور ابتدا پليال مناسبی مقدار سپس شد. هوازدايي 15 min بهمدت مولکولی( پليال ذوبشدن و گرمادادن كمي از پس شد. منتقل راكتور درون به اضافه آن به قطره قطره و بهآرامي IPDI و يافت افزايش 90 C تا دما ۳ h بهمدت NCO انتهايي گروههاي با پيشپليمر تشكيل براي شد. همزن سرعت و 100 C دما مدت اين در شد. داده زمان بهمخلوط DMF در DMPA محلول پيشپليمر تشكيل از پس بود. 200 rpm در قبال كه نياز مورد خاكرس شد. داده زمان ۱ h و اضافه راكتور به شده همزده شبانهروز يك و ريخته ممكن( )حداقل DMF مقداري و )600rpm( یافت افزایش همزن سرعت و شد اضافه راكتور به بود شد. داده زمان ديگر ۳ h آمين ترياتيل الزم مقدار و سرد محيط دماي تا سامانه آن از پس آب 45 min گذشت از پس شد. اضافه خنثيكننده عنوان به )TEA( راكتور وارد 0% شده محاسبه جامد مقدار به توجه با تقطير دوبار سپس يافت. ادامه 1000rpm سرعت با همزدن ديگر ۱ h و شده با گرمخانه در پخت براي و شد قالبگيري تفلونی قالب در نمونه قرارگرفت. شبانهروز يك بهمدت 100 C دماي ماتريس در نانوخاكرس درصد 5 و 1 مقادير آزمونها اين در 1::2 زنجیرافزا دیایزوسیانات: پلیال: نسبت با شده تهيه پلييورتان نمونهها فرمولبندي شدند. شناسايي نمونهها سپس شد. گرفته بهكار رفته بهكار خاكرس كه است ذكر شایان است. آمده 1 جدول در است. چهارتايي آمونيم نمك با شده اصالح طبيعي مونتموريلونيت روي CH 2 CH 2 OH گروههاي راه از و است فعال خاكرس نوع اين بنابراين ميدهد. واكنش ايزوسيانات گروههاي با آمونيوم يونهاي ايزوسيانات مقدار مواد استوكيومتري حفظ براي فرمولبنديها در شد. استفاده و محاسبه نياز مورد اضافي بحث و نتايج امولسيوني ذرات اندازه تعيين دوبار آب با آمده بهدست امولسيونهاي ذرات اندازه بررسي براي 1 شكل از كه همانطور شدند. همگن سپس و رقيق 0/5% تا تقطير بزرگتر نانوخاكرس مقدار افزايش با امولسيوني ذرات اندازه پيداست دارند صعودي روندي ذرات اندازه 1% مقدار تا كه بهطوري ميشود اندازه دوباره نانوخاكرس % از پس و مانده ثابت حدودي تا سپس و 100nm ذرات اندازه متوسط % از کمتر در مییابد. افزايش ذرات نانوخاكرس ميدهد نشان موضوع اين است. 140nm آن از بيشتر است. شده پخش پلييورتاني ماتريس در نانو مقياس در رفته بهكار يونومر آبدوستي وسيله به ذرات اندازه پلييورتاني امولسيونهاي در ]22[. ميشود كنترل PU ميشود. بزرگ ذرات اندازه آبگريزي افزايش با كه ترتیب بدين خاكرس نانوذرات افزايش دليل به حاضر پژوهش در بنابراين نيز ذرات اندازه ميرسد بهنظر است. يافته افزايش نمونهها آبگريزي است. افتاده اتفاق موضوع اين كه شود بزرگتر بايد ذرات اندازه چه هر و دارد گرانروي بر مستقيم اثر ذرات اندازه بهينه مقدار داد نشان نتايج میشود. كمتر گرانروي شود بزرگتر بهدست امولسيونهاي پايداري و است % نانوخاكرس افزودن براي زماني فواصل در كه ترتيب بدین بود. تأييد مورد ماه 6 از پس آمده نشد. مشاهده چنداني تغيير و شد معین ذرات اندازه مشخص نانوخاكرس. مختلف مقادير با نمونهها فرمولبندي 1- جدول Clay TEA DMPA IPDI Terathane شماره (g) (g) (g) (g) (g) نمونه 0 4/04 5/6 1/ /4 4/04 5/6 1/ /29 4/04 5/6 1/67 20 نانوخاكرس. مقدار با امولسيوني ذرات اندازه تغييرات 1- شكل 2/147 4/04 5/6 1/ آذر-دی 5 شماره ششم و بیست سال پلیمر تکنولوژی و علوم پژوهشی علمی مجله

6 آبي پايه پلييورتانهاي خواص بر آن اثر و نانوخاكرس پراكنش ارزيابي باریکانی مهدی هنرکار هنگامه نانوخاكرس. مختلف مقادير با تخريب دماي افزايش 2- جدول نهايي دماي )C ( تخريب %50 دماي )C ( تخريب خاك مقدار )%( رس شماره نمونه 604/57 55/ /2 60/ /9 6/9 604/26 77/ گرماوزني تجزيه نيستند زیاد گرمايي مقاومت با مواد جزء پلييورتانها كلي بهطور در اجزا اين است. 80 C تا 60 C بين آنها سخت اجزاي Tg چون براي بنابراين ميشوند. فعال شيشهاي انتقال دماي از بیشتر دماي است. ضروري و الزم اصالحكننده از استفاده گرمايي مقاومت بهبود شده استفاده منظور همين به نانوخاكرس از پژوهش اين در و شدند تهيه نانوخاكرس مختلف درصدهاي با نمونهها است. با ميدهد نشان نتايج گرفتند. قرار گرماوزني تجزيه آزمون مورد اب ميشود. زياد گرمايي تخريب دماي نانوخاكرس مقدار افزايش گرمايي پايداري پليمر زنجيرهاي بين سيليكاتي اليههاي قرارگرفتن و تخريب %50 در تخريب دماي افزايش 2 جدول در مييابد. افزايش روند 4 شكل در همچنين است. شده داده نشان تخريب دماي بیشینه به خاكرس افزودن كه ميدهد نشان دما با وزن کاهش تغييرات ميدهد. افزايش 22 C را تخريب دماي نمونهها )DMTA( ديناميكي مكانيكي گرمايي تجزيه انجام 1 Hz بسامد و 100 C تا 100 C- دماي در DMTA آزمون خاكرس افزايش ميشود مشاهده 5 شكل در كه همانطور شد. بدون پلييورتان نانوخاكرس براي X پرتو پراش الگوی 2- شكل نانوخاكرس. % با و نانوخاكرس X پرتو پراش و ( d = nλ/2sinθ) است براگ قانون اساس بر X پرتو پراش 00n ميرود انتظار بنابراين دارد. زاويه با عكس نسبت بيناليهها فاصله بيناليهها بيشتر فواصل ورقهای يا بيناليهاي نانوكامپوزيتهاي در ظاهرشدن سبب اليهها انبساط چون شود ديده كمتر زاویههای در 2 شكل در كه همانطور ميشود. بزرگتر اليهاي فاصله با جديد پيك d 001 ميشود تهيه خاكرس % با پلييورتان كه هنگامي ميشود ديده تنها پلييورتان به نسبت هم كه است 22/29 nm برابر /96 زاويه در تنها خاكرس به نسبت هم و 15/78( nm اليهها فاصله و 5/59 )زاويه نتیجه در و كمتر زاويه در 18/48( nm اليهها فاصله و 4/77 )زاويه بینالیهای نشاندهنده موضوع اين دارد. قرار بيشتر بيناليهاي فاصله آنهاست. بين پلييورتان قرارگرفتن و خاكرس اليههاي شدن شده داده نشان خاكرس % با نمونه TEM تصویر شكل در ورقهاي حدودي تا ميشود مشاهده شكل این در كه همانطور است. و نانوخاكرس فاز ترتيب به سفيد و سياه منطقه است. افتاده اتفاق شدن ميدهد. نشان را پلييورتان ماتريس نانوخاكرس. % با پلییورتان نمونه TEM تصویر - شكل دارای نمونههای برای دما با وزن کاهش درصد تغييرات 4- شكل مطابق 4 تا 1 نمونههای )شماره نانوخاكرس مختلف مقادير است(. 1 جدول فرمولبندي 192 آذر-دی 5 شماره ششم و بیست سال پلیمر تکنولوژی و علوم پژوهشی علمی مجله 98

7 باریکانی مهدی هنرکار هنگامه آبي پايه پلييورتانهاي خواص بر آن اثر و نانوخاكرس پراكنش ارزيابي نمونهها. تماس زاويه مقادير 4- جدول نمونه شماره رس)%( خاك مقدار ) ( تماس زاویه 68/7 85/1 85/95 86 مختلف. نمونههاي براي دما با مدول تغييرات شكل 5 - از ناشي امر اين دليل ميشود. نمونهها مدول و سختي افزايش سبب مولكولهاي محصورشدن و پليمري ماتريس در نانوخاكرس پراکنش است. نانوكامپوزيت سطح تمام در سيليكاتي اليههاي داخل در پليمر مدول ترتيب بدين و نداشته حركت براي مجالي زنجيرها بنابراین مييابد. افزايش در نتایج است. آمده جدول در نتايج شدند. آزمايش آب جذب ماتريس در سيليكات نفوذناپذیر اليههاي ميدهد نشان جدول اين را آب به نسبت مقاومت و كاهش را آب جذب مقدار پلييورتان براي متوسط آزاد مسير افزايش ميرسد بهنظر ميدهد. افزايش هنگامي PU/clay نانوكامپوزيت ماتريس از آب مولكولهاي عبور پراكنده نانومتر مقياس در PU ماتريس در خاكرس اليههاي كه ]9[. باشد آب اثر در تورم كاهش اصلي دليل ميشوند آب جذب آزمون دمای در سپس و تهیه ASTM D570 استاندارد اساس بر نمونهها دمای به رسیدن و سردشدن از پس و خشک 24 h بهمدت 52 C بهمدت مقطر آب در نمونهها سپس شد. اندازهگیری آنها وزن محیط گذشت از پس شدند. داده قرار )20-25 C( محیط دمای در 24 h با آنها سطح خشککردن از پس شده خارج آب از نمونهها زمان این وزن به وزن اختالف نسبت شدند. توزين بالفاصله کاغذی دستمال وسيله به شده جذب آب مقدار میلیگرم یا درصد حسب بر اولیه ميآيد: بهدست )1( معادله با که ميدهد نشان را ماده تماس زاويه اندازهگيري قطرههای بين شده تشكيل تماس زاويه اندازهگيري با نمونهها آبدوستي بآ قطرههای منظور بدین ميشود. سنجيده نمونهها سطح و آب داده قرار ميكروسرنگ از استفاده با سطح از متفاوت نقطه پنج روي متوسط آمده بهدست اعداد است. آمده 4 جدول در نتايج شدند. تماس زاويه ميشود ديده كه همانطور است. نقطه پنج در زوايه خاكرس افزايش با و است 68/7 خاكرس بدون پلييورتان فيلم چون مييابد. كاهش آبدوستي و افزايش تماس زاويه نمونهها در و آبگريزي نمونهها در آن مقدار افزايش با است آبگريز نانوخاكرس زاويه صعودي روند 6 شكل در ميشود. بيشتر تماس زاويه نتيجه در آب جذب % = تر([ نمونه وزن - خشک نمونه خشک/)وزن نمونه وزن [ 100 )1( مقدار تعيين براي نانوخاكرس از درصد 5 و 1 0 با نمونههاي نانوخاكرس. مختلف درصدهاي با نمونهها در آب جذب مقدار - جدول نمونه خاك مقدار )%( رس روز يك )%( آب جذب روز دو روز سه 22/5 1/6 10/ / 9/2 7/ /5 8/1 6/8 نانوخاكرس. مقدار با تماس زاويه تغييرات 6- شكل 10/1 7/2 5/ آذر-دی 5 شماره ششم و بیست سال پلیمر تکنولوژی و علوم پژوهشی علمی مجله

8 آبي پايه پلييورتانهاي خواص بر آن اثر و نانوخاكرس پراكنش ارزيابي باریکانی مهدی هنرکار هنگامه است شده داده نشان مقدارخاكرس با تماس نتیجهگیری مقادير با آب در پراکنده پلييورتاني نانوكامپوزيت پژوهش اين در مقادير با پيشپليمر روش به نمونهها شد. ساخته نانوخاكرس مختلف شناسايي سپس و تهيه شده اصالح نانوخاكرس درصد 5 و 1 0 پلييورتاني نمونه به نانوخاكرس افزودن داد نشان نتايج شدند. مدول افزايش گرمايي پايداري افزايش آب جذب كاهش سبب نشان بررسیها ميشود. تماس زاويه افزايش و ذرات اندازه افزايش 6 بهمدت حداقل آب در شده پراکنده پلييورتانهاي پایداری داد میشود. حفظ ماه مراجع 1. Schmidt D., Shah D., and Giannelis E.P., New Advances in Polymer/Layered Silicate Nanocomposites, Curr. Opin. Solid State Mater. Sci., 6, , Zanetti M., Lomakin S., and Camino G., Polymer Layered Silicate Nanocomposites, Macromol. Mater. Eng., 279, 1-9, Thostenson E.T., Ren Z., and Chou T.W., Advances in the Science and Technology of Carbon Nanotubes and Their Composites: A Review, Compos. Sci. Technol., 61, , Zilg C., Dietche F., Hoffman B., Dietrich C., and Mulhaupt R., Nanofillers Based upon Organophilic Layered Silicates, Macromol. Symp., 169, 65-77, Ray S.S. and Okamoto M., Polymer/Layered Silicate Nanocomposites: A Review from Preparation to Processing, Prog. Polym. Sci., 28, , Utracki L.A., Clay-containing Polymeric Nanocomposites, 1, Rapra Technology, UK, Uhi F.M., Davuluri S.P., Wong S.C., and Webster D.C., Polymer Films Possessing Nanoreinforcements via Organically Modified Layered Silicate, Chem. Mater., 16, , Wang Z. and Pinnavaia T.J., Nanolayer Reinforcement of Elastomeric Polyurethane, Chem. Mater., 10, , Chen T.K., Tien Y.I., and Wei K.H., Synthesis and Characterization of Novel Segmented Polyurethane/Clay Nanocomposites, Polymer, 41, , Tien Y.I. and Wei K.H., Hydrogen Bonding and Mechanical Properties in Segmented Montmorillonite/Polyurethane Nanocomposites of Different Hard Segment Ratios, Polymer, 42, , Pattanayak A. and Jana S.C., Synthesis of Thermoplastic Polyurethane Nanocomposites of Reactive Nanoclay by Bulk Polymerization Methods, Polymer, 46, , Pattanayak A. and Jana S.C., Properties of Bulk- Polymerized Thermoplastic Polyurethane Nanocomposites, Polymer, 46, , Pattanayak A. and Jana S.C., Thermoplastic Polyurethane Nanocomposites of Reactive Silicate Clays: Effects of Soft Segments on Properties, Polymer, 46, , Chen-Yang Y.W., Lee Y.K., Chen Y.T., and Wu J.C., High Improvement in the Properties of Exfoliated PU/Clay Nanocomposites by the Alternative Swelling Process, Polymer, 48, , Sadeghi M., Semsarzadeh M.A., Barikani M., and Pourafshari Chenar M., Gas Separation Properties of Polyether-based Polyurethane-Silica Nanocomposite Membranes, J. Member. Sci., 76, , Shafieizadegan Esfahani A.R., Katbab A.A., Dehkhoda P., Karimi H.R., Barikani M., Sadeghi S.H.H., and Ghorbani A., Preparation and Characterization of Foamed Polyurethane/ Silicone Rubber/Graphite Nanocomposite as Radio Frequency Wave Absorbing Material: The Role of Interfacial Compatibilization, Compos. Sci. Technol., 72, 82-89, Styan K.E., Martin D.J., Simmons A., and Poole-Warren L.A., In Vivo Biostability of Polyurethane-Organosilicate Nanocomposites, Acta Biomater., 8, , Subramani S., Lee J.Y., Kim J.H., and Cheong I.W., Crosslinked Aqueous Dispersion of Silylated Poly(urethane - urea)/clay Nanocomposites, Compos. Sci. Technol., 67, , Subramani S., Choi S.W., Lee J.Y., and Kim J.H., Aqueous 192 آذر-دی 5 شماره ششم و بیست سال پلیمر تکنولوژی و علوم پژوهشی علمی مجله 400

9 هنگامه هنرکار مهدی باریکانی ارزيابي پراكنش نانوخاكرس و اثر آن بر خواص پلييورتانهاي پايه آبي Dispersion of Novel Silylated (Polyurethane-Acrylic Hybrid/ Clay) Nanocomposite, Polymer, 48, , Barikani M., Polyurethane (2), Iran. J. Polym. Sci. Technol. (In Persian), 1, 28-41, Barmar M., Barikani M., and Fereidoonnia M., Preparation Study of PU Nanocomposites via Two Different Methods, Iran. J. Polym. Sci. Technol. (In Persian), 21, , Kim C.K., Kim B.K., and Jeong H.M., Aqueous Dispersion of Polyurethanes Ionomers from Hexamethylene Diisocyanate and Trimellitic Anhydride, Colloid Polym. Sci., 269, , مجله علمی پژوهشی علوم و تکنولوژی پلیمر سال بیست و ششم شماره 5 آذر-دی 192