ساخت و بررسی خصوصیات پوشش‌های آلی اکریلیک امولسیونی پایه آب حاوی نانوذرات سیلیکا

فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

مقاله 8، دوره 8، شماره 32، مرداد 1397، صفحه 97-108   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

رضا فرجی¹؛ محمدجعفر هادیان‌فرد^{* 2}

¹دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی مواد- گرایش نانو مواد از دانشگاه شیراز.

²استاد بخش مهندسی مواد دانشگاه شیراز.

تاریخ دریافت: 03 شهریور 1396،  تاریخ بازنگری: 21 مرداد 1397،  تاریخ پذیرش: 18 آذر 1396 

چکیده

    پوشش‌های آلی حاوی نانوذرات‌‌، سیستم‌‌هایی می‌باشند که با استفاده از نانو مواد مهندسی شده‌ همچون نانوذرات سیلیکا، در زمینه پوشش‌های آلی، سبب بهبود خواص نهایی آن‌ها می‌گردند. هدف از این تحقیق، ساخت پوشش‌های آلی آکریلیک امولسیونی پایه آب حاوی نانوذرات‌ سیلیکا و دستیابی به درصد وزنی بهینه‌ نانوذرات سیلیکا به عنوان فاز تقویت کننده‌ آن‌ها می‌باشد. برای این منظور، پوشش‌های آلی آکریلیک امولسیونی پایه آب توسط فرمولاسیون خاصی آماده گردید و نانوذرات سیلیکا با درصدهای وزنی 5/0، 75/0، 0/1 و 25/1 در زمینه پلیمری پوشش‌های آلی پخش شدند. آزمون‌های چسبندگی، سختی مداد، ریزسختی (ویکرز)، سایش، زبری، مقاومت در برابر آب و گرانروی نمونه‌ها صورت پذیرفت تا خواص رئولوژیکی، مکانیکی، فیزیکی و شیمیایی پوشش‌های آلی حاوی نانوذرات‌ بررسی شود. به منظور مطالعه مورفولوژی از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و میکروسکوپ نوری (OM) کمک گرفته شد. همچنین مدت زمان خشک شدن فیلم پوشش‌های آلی بررسی گردید تا تاثیر حضور نانوذرات بر زمان خشک شدن ارزیابی گردد. نتایج میکروسکوپ SEM و OM نشان داد که افزودن نانوذرات سیلیکا تا 0/1 درصد وزنی به عنوان فاز تقویت کننده، پراکندگی خوبی در زمینه پوشش‌های آلی داشت و نیز از چسبندگی بالایی بین فاز زمینه و تقویت‌کننده برخوردار می‌باشند. علاوه بر این، میزان 0/1 درصد وزنی از نانوذرات سیلیکا به عنوان فاز تقویت کننده در زمینه پوشش‌های آلی آکریلیک امولسیونی پایه آب، سبب بهبود خصوصیات نهایی این پوشش‌های آلی گشت.

کلیدواژه‌ها

پوشش‌های آلی آکریلیک؛ نانوذرات سیلیکا؛ سایش؛ میکروسکوپ الکترونی روبشی

عنوان مقاله [English]

Fabrication and investigation of the properties of a water-based acrylic nanocomposite

نویسندگان [English]

R. Faraji¹؛ M. J. Hadianfard²

¹Master's Degree in Material Engineering - Nanomaterials from Shiraz University.

²Professor of Engineering Department of Shiraz University

چکیده [English]

 
     Nanocomposites are defined as systems that use engineered nano materials, like silica nanoparticles, which improve the final properties of the organic coatings. The main objective of this study is to fabricate a water based acrylic nanocomposite to achieve optimal weight percentage of silica nanoparticles as reinforcement. The organic coatings were prepared by a special formulation in which silica nano particles of 0.5, 0.75, 1.0, and 1.25 weight percent were incorporated into the organic coatings matrix. The adhesion, pencil hardness, microhardness (Vickers), wear, roughness measurement of the film surface, water resistance viscosity tests were performed to evaluate rheological, physical, mechanical and chemical properties of the nanocomposites. Moreover, scanning electron microscopy (SEM) and optical microscopy (OM) were employed to study the morphology and the time span for film's drying were measured. The results of SEM and OM showed that the silica nanoparticles were well dispersed up to 1.0 wt% loading and the adhesion properties, between the matrix and reinforcement particles, will be enhanced. Besides, the paint properties were optimized as 1 wt% of nanoparticles were loaded.

کلیدواژه‌ها [English]

acrylic organic coatings, silica nanoparticles, Wear, scanning electron microscope

مراجع

References:
1-M. Baneshi, H. Gonome, A. Komiya, and S. Maruyama, “The effect of particles size distribution on aesthetic and thermal performances of polydisperse TiO 2 pigmented coatings: Comparison between numerical and experimental results, Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer”., vol. 113, no. 8, pp. 594–606, 2012.      

2-A. S. Khanna, “Nanotechnology in High Performance Paint Coatings Nanotechnology in Coating Industry Unique Properties of Nanoparticles Nano coating,” Polymer. Sc” vol. 21, no. 2, 2008.

3-         Z. Chen, T. Gang, K. Zhang, J. Zhang, X. Chen, Z. Sun, and B. Yang, “Ag nanoparticles-coated silica – PMMA core-shell microspheres and hollow PMMA microspheres with Ag nanoparticles in the interior surfaces,” Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects' vol. 272, pp. 151–156, 2006.           

4-         A. Zhu, Z. Shi, A. Cai, F. Zhao, and T. Liao, “ARTICLE IN PRESS POLYMER Synthesis of core – shell PMMA – SiO 2 nanoparticles with suspension – dispersion – polymerization in an aqueous system and its effect on mechanical properties of PVC composites,” Colloid Polymer”. Sci vol. 27, pp. 540–547, 2008.

5-         Zou, HuaWu,  Shishan Shen, Jian “Chemical         Reviews “. vol 109 “pp. 3893-3957,2008.

 

6-         A. Dashtizadeh, M. Abdouss, H. Mahdavi, and M. Khorassani, “Acrylic coatings exhibiting improved hardness, solvent resistance and glossiness by using silica nano-composites,” Appl. Surf. Sci., vol. 257, no. 6, pp. 2118–2125, 2011.

7-         M. B. Rezvani, M. Atai, F. Hamze, and R. Hajrezai, “The effect of silica nanoparticles on the mechanical properties of fiber-reinforced composite resins,” J. Dent. Res. Dent. Clin. Dent. Prospects, vol. 10, no. 2, pp. 112–117, 2016.          

8-         Z. Wang, E. Han, F. Liu, and W. Ke, “Fire and Corrosion Resistances of Intumescent Nano-coating Containing Nano-SiO 2 in Salt Spray Condition,” Journal of Materials Science and Technology vol. 26, no. 1, pp. 75–81, 2010.

9-         S. L. Pagliolico, E. D. Ozzello, G. Sassi, and R. Bongiovanni, “Characterization of a hybrid nano-silica waterborne polyurethane coating for clay bricks,” J. Coatings Technol. Res., vol. 13, no. 2, pp. 267–276, 2016.           

10-       V. D. Chari, D. V. S. G. K. Sharma, P. S. R. Prasad, and S. R. Murthy, “Dependence of thermal conductivity in micro to nano silica,” Bulletin of Materials … vol. 36, no. 4, pp. 517–520, 2013. 

11-       T. Mizutani, K. Arai, M. Miyamoto, and Y. Kimura, “Application of silica-containing nano-composite emulsion to wall paint: A new environmentally safe paint of high performance,” Prog. Org. Coatings, vol. 55, no. 3, pp. 276–283, 2006.      

12-       Y. Guo, M. Wang, H. Zhang, G. Liu, L. Zhang, and X. Qu, “The Surface Modification of Nanosilica , Preparation of Nanosilica / Acrylic Core-Shell Composite Latex , and Its Application in Toughening PVC Matrix, Polymers and Polymer Composites” 2007.  

13-       B. J. Inkson, “Nanoscale Tribology , Energy Dissipation and Failure Mechanisms of Nano- and Micro-silica Particle-filled Polymer Composites, Tribology Letters” pp. 11–19, 2009.     

14-       S. Sprenger, “The effect of rubber micro-particles and silica nano-particles on the tensile fatigue behaviour of a glass-fibre epoxy composite, Journal of Materials Science” pp. 342–345, 2009.

15-       V. Dey, R. Kachala, A. Bonakdar, and B. Mobasher, “Mechanical properties of micro and sub-micron wollastonite fibers in cementitious composites,” Constr. Build. Mater., vol. 82, pp. 351–359, 2015.         

16-       A. Yunita, S. Marie, K. Fog, and A. Eliasson, “Journal of Petroleum Science and Engineering Towards the understanding of microbial metabolism in relation to microbial enhanced oil recovery,” J. Pet. Sci. Eng., no. October, pp. 0–1, 2016.   

17-       P. Kompoziti and O. J. A. Ani, “NANOSILICA-REINFORCED POLYMER COMPOSITES,” Materiali in Tehnologije vol. 47, pp. 285–293, 2013.

18-       H. Jaganathan and B. Godin, “Biocompatibility assessment of Si-based nano- and micro-particles ,” Adv. Drug Deliv. Rev., vol. 64, no. 15, pp. 1800–1819, 2012.         

19-       S. Zhou and G. Gu, “Study on the morphology and tribological properties of acrylic based polyurethane / fumed,” Physics vol. 9, pp. 1593–1600, 2004.

20-       M. Chen, S. Zhou, B. You, and L. Wu, “A Novel Preparation Method of Raspberry-like PMMA / SiO 2 Hybrid Microspheres, Macromolecules” macromolecoles" pp. 6411–6417, 2005.

21-       P. Cevik and A. Z. Yildirim-bicer, “The Effect of Silica and Prepolymer Nanoparticles on the Mechanical Properties of Denture Base Acrylic Resin,”prosthodontics" vol. 0, pp. 1–8, 2016.

22-       L. J. Lee, C. Zeng, X. Cao, X. Han, J. Shen, and G. Xu, “SCIENCE AND Polymer nanocomposite foams,”composites since and technology" vol. 65, pp. 2344–2363, 2005.   

23-       J. Kozakiewicz, I. Ofat, I. Legocka, and J. Trzaskowska, “Progress in Organic Coatings Silicone-acrylic hybrid aqueous dispersions of core – shell particle structure and corresponding silicone-acrylic nanopowders designed for modification of powder coatings and plastics . Part I – Effect of silicone resin composition on properties of dispersions and corresponding nanopowders,” Prog. Org. Coatings, vol. 77, no. 3, pp. 568–578, 2014.  

24-N. Zheng, K. Liu, X. Li, and Z. Zhang, “Preparation of super-hydrophobic nano-silica aqueous dispersion and study of its application for water resistance reduction at low-permeability reservoir,” vol. 7, pp. 526–528, 2012.  

25- Garcı´a, M.; de Rooij, M.; Winnubst, L.; van Zyl, W. E.; Verweij, H. J. Appl. Polymer. Sci.vol 108, pp. 3358-3365, 2004.