سنتز و شناسایی نانوکامپوزیت های پلی یورتانی بر پایه سیلوکسان؛ بررسی اثر زنجیرافزایندهای آمینی و نانو لوله کربن بر خواص
چکیده
چکیده: پلی یورتان ها گروه متنوعی از پلیمرها هستند که دارای خواص الاستیک و مکانیکی عالی، سختی خوب، مقاومت سایشی زیاد و مقاوم در برابر مواد شیمیایی می باشند. پلی یورتانها این قابلیت ویژه را دارند که با طراحی فرمولاسیون و انتخاب اجزای مناسب، خواص فیزیکی و شیمیایی آنها تنظیم شود. به عنوان مثال، با وارد کردن پلی دی متیل سیلوکسان با گروه های انتهایی هیدروکسیل در قطعه نرم، به عنوان قطعه واکنش پذیر در کوپلیمرهای یورتان - سیلوکسان، خواص ویژه آن از جمله انرژی سطحی کم، قابلیت بالای نفوذ گاز، خواص عایق بودن و پایداری گرمایی بسیار خوب و همچنین ثابت بودن خصوصیات فیزیکی در پهنه وسیعی از دما، پلی یورتان مربوطه را به انتخابی مناسب برای کاربردهای گرمایی، غشایی، پزشکی و پوششی تبدیل می سازد. به این ترتیب هیبرید آلی-معدنی با پیوندهای کووالانسی برای بهبود مقاومت گرمایی پلی یورتان ها (pu)، تهیه می شود. در پژوهش حاضر تلاش شد تا ضعف خواص مکانیکی ناشی از حضور پلی دی متیل سیلوکسان در ساختار پلی یورتان، با استفاده از زنجیر افزاینده آمینی با ساختار آروماتیک جبران شده و به دلیل افزایش پیوند هیدروژنی، پلی یورتان-اوره قطعه ای با خواص مکانیکی و خواص گرمایی بهبود یافته تهیه شود. همچنین در این تحقیق اثر کومونومرسیلوکسان در سنتز پلی یورتان اوره همراه با پلی تترا متیلن اتر گلایکول و پلی کاپرولاکتون مقایسه شد. در این راستا، پلی یورتان های متنوعی بر پایه سیلوکسان با استفاده از مخلوط زنجیر افزاینده 4، 4 –متیلن بیس (3 کلرو 2،6 دی اتیل آنیلین )، m-cdea، با ساختار هالوژنه و قابلیت القای رفتار خوداطفایی، و 1و4 بوتان دی ال، تهیه و خواص آنها بررسی شد و روشی بهینه برای سنتز دو مرحله ای ارایه شد. بر اساس اطلاعات به دست آمده با افزایش مقدار سیلوکسان در قطعه نرم، پایداری گرمایی و آبگریزی سطح پلیمر افزایش می یابد. به این ترتیب خواص مکانیکی و گرمایی ساختارهای پلی یورتان-اوره بهبود یافت. همچنین نتایج نشان دادند که پایداری گرمایی نمونه بر پایه کومونومر پلی اتر بیشتر از پلی استر مشاهده گردید. از طرفی سینتیک تخریب پلی یورتان اوره همراه با زنجیر افزاینده m-cdea بررسی شد و تغییرات انرژی فعالسازی در مراحل مختلف تخریب توسط روش های هم درجه تبدیلی تعیین و مقایسه شد. از آنجا که استفاده از نانو لوله کربن در تهیه کامپوزیت های پلی یورتان -نانو لوله کربن علاوه بر بهبود خواص گرمایی، خواص مکانیکی را نیز بهبود می بخشد، از این نانوساختارها برای بهبود خواص مکانیکی پلی یورتان-اوره سنتز شده استفاده شد. نیروهای قوی واندروالس در برهم کنش های ?- ?، بین نانو لوله های کربنی، باعث تجمع آنها شده و درنتیجه پراکنش یکنواخت این نانوساختارها در ماتریس پلی یورتانی مشکل سازاست. پراکنش یکنواخت نانو لوله های کربن در ماتریس پلیمری و عامل دار کردن آنها برای ایجاد اتصال شیمیایی با پلی یورتان کلیدی برای توسعه هدفمند خواص نهایی نانو کامپوزیت های حاصل از آنهاست. بنابراین، تلاش شد تا از روش های مختلف اکسایش جهت اصلاح نانو لوله کربن چند جداره، بسته به زمان اکسایش و نوع اکسنده اجرا شود و پس از بررسی خواص نمونه های اکسید شده، سطح نانو لوله کربن با آمین اصلاح شده و شرایط لازم برای پراکنش مناسب بهینه گردید و سپس نانوکامپوزیت هایی از پلی یورتان های بر پایه سیلوکسان و پلی تترا متیلن اتر گلایکول و نانو لوله کربن با استفاده از دو زنجیر افزاینده آمینی، دی الی و مخلوط آنها به روش پلیمر شدن درجا سنتز شد. نتایج نشان دادند که در همه نانوکامپوزیت های سنتز شده با افزایش نانو لوله کربن مدول و پایداری گرمایی افزایش می یابد. در نانو کامپوزیت تهیه شده با افزایش 2% وزنی نانو لوله اصلاح شده با موکا، دمای شروع تخریب حدود ?c6 و همچنین مدول ذخیره در ناحیه الاستیک حدود 200 درصد افزایش می یابد. در مورد نانو کامپوزیت تهیه شده از پلی یورتان دارای 8/0 مول سیلوکسان با نانو لوله کربن اصلاح نشده رفتار جامد گونه نانو کامپوزیت مشاهده شد. همچنین مدول ذخیره، اتلاف و ویسکوزیته کمپلکس پلی یورتان خالص دارای 2/0 مول سیلوکسان با مقدار نانو لوله کربن اصلاح شده با آمین بهینه و در 3/0 درصد نانو لوله بیشترین برهم کنش مشاهده گردید.