مطالعه نقش افزودنی کاهنده انرژی سطحی در ایجاد الگوی زبری و رفتار ترشوندگی پوشش پلی اورتانی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری دانشکده مهندسی مواد دانشگاه صنعتی اصفهان

2 استاد دانشکده مهندسی مواد دانشگاه صنعتی اصفهان

3 دانشیار پژوهشگاه مواد و انرژی

4 استادیار پژوهشگاه علوم و فناوری رنگ

چکیده

امکان کاربرد پوشش های پلیمری آبگریز در حفاظت از ابنیه تاریخی، ضد مه و ضد یخ نمودن سطوح و ایجاد سطوح ضد زیست چسبنده و ضد خوردگی، آنها را به موضوع تحقیقاتی جالب توجهی تبدیل کرده است. آنچه در تهیه یک پوشش آبگریز ضروری است دستیابی همزمان به سطحی با حداقل انرژی از نظر شیمیایی و مناسب ترین الگوی زبری از دیدگاه فیزیکی می باشد. در این پژوهش به بررسی نقش یک عامل شیمیایی و نحوه عملکرد آن در ایجاد الگوهای زبری متنوع پرداخته شده است. بدین منظور پوشش های پلی اورتانی حاوی مقادیر مختلفی از افزودنیِ اکریلاتیِ اصلاح شده توسط سیلیکون تهیه شد و نمونه ها در دو شرایط دمایی مختلف، محیط و دمای 80 درجه سانتی گراد پخت شدند. زاویه ترشوندگی سطوح توسط دستگاه اندازه گیری زاویه تماس و زبری سطح بوسیله میکروسکوپ نیروی اتمی اندازه گیری شد. نتایج نشان داد که عامل کاهنده انرژی سطحی علاوه بر اصلاح شیمیایی سطح بر فیزیک سطح نیز اثرگذار است. همچنین مشخص شد دمای پخت به عنوان یکی از شرایط فرایندی می تواند بر روی الگوی زبری سطحِ پوشش اثر گذار باشد. در این تحقیق بالاترین زاویه تماس از بین نمونه های تهیه شده برابر با ˚103 و برای نمونه حاوی 5%مولی افزودنی و پخت شده در دمای محیط بدست آمد. به نظر می رسد حصول این زاویه، ناشی از وجود حد بهینه عامل شیمیایی و بهترین الگوی زبری در سطح می باشد. 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Effects of surface tension reducing additive on surface morphology and wetting behavior of polyurethane coatings

نویسندگان [English]

  • Maryam Esmailpour 1
  • Behzad Niroumand 2
  • Ahmad Monshi 2
  • Esmaei Salahi 3
  • Bahram Ramezanzadeh 4
چکیده [English]

Application of hydrophobic polymer coatings in protection of historical monuments as well as in anti-fog, anti-frost, anti-bio-fouling and anti corrosion surfaces, has drawn the attention of many researchers in recent years. Reaching this target needs to provide coating with low surface free energy and appropriate surface roughness. Controlling these parameters results in preparing surfaces with surface nature ranged from hydrophobic to superhydrophobic. The present study investigates the role of a surface tension reducing additive based on hydroxyl-functional silicone modified polyacrylate on the surface roughness and wetting behavior of polyurethane coatings. Polyurethane coatings with different amounts of additives were prepared. The coatings were cured at two different temperatures, i.e. ambient and 80˚C . Using atomic force microscope and contact angle measuring device the roughness and surface free energy of the samples were investigated, respectively. The results showed that addition of additive affected the roughness pattern of the surface as well as its chemistry. Furthermore, It was found that the roughness pattern of the coating was also influenced by the curing temperature. The largest contact angle (103˚) value was obtained when the coating loaded with 5 mol % of additive was cured at the ambient temperature. These suggest that this sample possesses the optimum chemical properties as well as the most appropriate roughness pattern.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Polyurethane coating
  • surface tension reducing additive
  • Hydrophobicity
  • Roughness
  • Atomic force microscope

1-       Callies and M., Que´re´, D., (2005). On water repellency. Soft Matter, 1(1), 55-61.

2-       Cassie, A. B. D. and Baxter, S., (1944). Wettability of porous surfaces. Transactions of the Faraday Society, 40, 546–551.

3-       Celia, E., Darmanin, T., Taffin de Givenchy, E., Amigoni, S., Guittard, F. (2013). Recent advances in designing superhydrophobic surfaces. Journal of Colloid and Interface Science, 402(1), 1-18.

4-       Chang, C.C., Huang, C.L., Chang, C.L. (2013). Poly(urethane)-based solar absorber coatings containing nanogold. Solar Energy, 91(9), 350-357.

5-       Eby, D. M., Luckarift, H. R., Johnson, G. R. (2009). Hybrid antimicrobial enzyme and silver nanoparticle coatings for medical instruments. ACS Applied Materials and Interfaces, 1(7), 1553 –1560.

6-       Ferri, L. de., Lottici, P.P., Lorenzi, A., Montenero, A., Marian, E.S. (2011). Study of silica nanoparticles polysiloxane hydrophobic treatments for stone-based monument protection. Journal of Cultural Heritage, 12(4), 356-363.

7-       Genzer, J., Efimenko, K. (2006). Recent developments in superhydrophobic surfaces and their relevance to marine fouling: a review. Biofouling,. 22(5), 339-360.

8-       http://imagej.nih.gov/ij/

9-       Kim, J. Y., Kim, E.K., Kim, S.S., (2013). Micro-nano hierarchical superhydrophobic electrospray-synthesized silica layers.  Journal of Colloid and Interface Science, 392, 376-381.

10-   Nzeako, B. C., Al Daughari, H., Al Lamki, Z., Al Rawas, O.Br.  (2006). Nature of bacteria found on some wards in Sultan Qaboos University Hospital, Oman. Journal of Biomedical Science., 63(1), 55–58.

11-   Rabea, A. M., Mohseni, M., Mirabedinib, S.M., Hashemi Tabatabae, M. (2012). Surface analysis and anti-graffiti behavior of a weathered polyurethane-based coating embedded with hydrophobic nano silica. Applied Surface Science, 258(10), 4391-4396.

12-   Wang, Y., Li, B., Liu, T., Xu, C., GeSchool, Z., (2014). Controllable fabrication of superhydrophobic TiO2 coating with improved transparency and thermostability. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 441, 298– 305.

13-   Wenzel, R. N., (1936). Resistance of solid surfaces to wetting by water. Industrial and Engineering Chemistry Research, 28, 988–994.

14-   Xu, D., Wang, M., Lam, M., Ge, X., (2012). Fabrication of raspberry SiO2/polystyrene particles and superhydrophobic particulate film with high adhesive force. Journal of Materials Chemistry, 22(12), 5784-5791. Young, T., (1805). An essay on the cohesion of fluids. Philosophical Transactions of the Royal Society A, 95, 65–87.

15-   Zhao, Y., Li, J., Hu, J., Grzybowski, S. (2010). Icing performances of super-hydrophobic PDMS/nano-silica hybrid coating on insulators. IEEE, 1, 489-492.