ارزيابي پراكنش نانوخاك‌رس و اثر آن بر خواص پلي يورتان‌هاي پايه آبي

Nanoclay Dispersion and its Effect on Properties of Waterborne Polyurethanes

در سال‌هاي اخير، پلي‌يورتان‌هاي پايه آبي توجه زيادي را به خود جلب كرده‌اند و به‌طور وسيعي در روكش و چسب استفاده مي‌شوند، چون، سمّي و قابل اشتعال نيستند و دوستدار محيط زيست به شمار مي‌روند. علاوه بر ملاحظات زيست محيطي، انعطاف‌پذيري، رفتار خوب در دماي كم، استحكام زياد، چسبندگي و خواص ريولوژيكي مناسب، از ديگر خواص پلي‌يورتان‌هاي پايه آبي است. همچنين، در مقايسه با پراكنه‌هاي پايه حلالي قيمت پلي‌يورتان هاي پايه آبي كمتر است. به هر حال اين مواد داراي نقاط ضعفي نيز هستند از جمله مقاومت گرمايي و چسبندگي كم در محيط مرطوب ومقاومت كم نسبت به آبكافت كه لازم است برطرف شوند. يكي از راه هاي حل اين مشكل، افزودن مواد معدني به ويژه سيليكات‌هاي لايه‌اي در مقياس نانو به ماتريس پلي‌يورتان است. با اين روش مقاومت نسبت به آب، مقاومت گرمايي، خواص مكانيكي و مدول افزايش مي‌يابد. در اين پژوهش، نانوكامپوزيت‌هاي پلي‌يورتاني بر پايه آب با استفاده از پلي‌ال از نوع پلي‌تترامتيلن گليكول، ايزوفورون دي‌ايزوسيانات، دي‌متيلول پروپيونيك اسيد(امولسيون‌كننده داخلي) و تري‌اتيل آمين(خنثي‌كننده) و همچنين، كلويزيت 30B به عنوان فاز تقويت‌كننده در مقادير ?، ? و ? درصد سنتز و خواص نمونه‌ها بررسي شد. براي مطالعه قطبيت نمونه‌ها از آزمون زاويه تماس، مشاهده چگونگي پخش نانوذرات در نمونه‌ها از پراش پرتو X و ميكروسكوپ الكتروني عبوري، بررسي خواص گرماوزن‌سنجيي و بررسي خواص ديناميكي مكانيكي، آزمون DMTA به كار گرفته شد. نتايج آزمايش‌ها نشان داد، افزودن خاك رس به نمونه پلي‌يورتاني سبب كاهش جذب آب، افزايش پايداري گرمايي، مدول، اندازه ذرات و زاويه تماس مي‌شود.

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, 3 and 5 weight % of Cloisite 30B 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.