آمايش سطحي نانوسيليكا با ماده پيونددهنده اپوكسي سيلان به منظور بهبود خواص آن در بستر پلي‌يورتان

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

در اين تحقيق نانو سيليكا تحت شرايط مختلف pH با گليسيدوكسي پروپيل تري متوكسي سيلان آمايش شد. به منظور بررسي ميزان اصلاح سطحي، يك سري آزمون‌ها بر روي ذرات و بر روي پوشش شفاف پلي‌يورتان حاوي نانو ذرات انجام شد. جهت بررسي مشخصات ذرات آزمون‌هاي pH نانو ذره، چگالي، طيف‌سنجي زير قرمز، آناليز عنصري و پتانسيل زتا انجام شد. همچنين جهت بررسي شيمي سطحي ذرات آمايش شده، آزمون كدورت‌سنجي در حلال‌هايي با عامل حلاليت متفاوت انجام گرفت. نتايج نشان داد ميزان حضورلايه اپوكسي سيلان درسطح وابسته به تنظيم pH در طي فرآيند آمايش مي‌باشد. بيشترين ميزان واكنش در شرايط نزديك به نقطه ايزوالكتريك اپوكسي سيلان (4.7) و بالاي نقطه ايزوالكتريك سيليكا (pH بين 6-5 ) مشاهده گرديد. حضور سيلان در سطح منجر به كاهش نسبي چگالي ذرات و افزايش نقطه ايزوالكتريك ذرات آمايش شده گرديد. نمونه با درصد ميزان سيلان بيشتر در سطح، قابليت پراكنش بهتري در حلال‌هاي با پيوند هيدروژني (H?) بالاتر و قطبيت (P?) كمتر نشان داد. اين پديده به دليل افزايش آبگريزي ذرات اصلاح شده و كاهش قطبيت آنها مي‌باشد. جهت كمي كردن برهم‌كنش سطح ذره با بستر رزيني آزمون‌هاي استحكام كششي، آزمون ديناميكي مكانيكي حرارتي (Dynamic Mechanical Thermal Analysis) DMTA و سختي دندانه‌اي به روش Buchholz در يك رزين ‌يورتاني بررسي گرديد. نتايج حاكي از افزايش برهم‌كنش فيزيكي و شيميايي بين ذرات آمايش شده و رزين بوده كه نتيجه آن تغيير قابل ملاحظه‌اي در خواص مكانيكي اين نانو پوشش‌ها در مقايسه با پوشش‌هاي حاوي نانو سيليكاي آمايش نشده است.

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 (?H) and lower polar parameter (?P).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.