سنتز فوم نانو کامپوزیت پلی یورتان/سیلیکاائروژل و ارزیابی ریز ساختار، خواص ترموفیزیکی و مکانیکی آن
[پایاننامه]
Synthesis of polyurethane/silica aerogel nanocomposite foam and investigation of the microstructure, thermophysical and mechanical properties
/سهیل الستی
: مهندسی شیمی
، ۱۳۹۸
۱۳۷ص.
:
زبان: فارسی
زبان چکیده: فارسی
چاپی - الکترونیکی
مصور، جدول، نمودار
دکتری
مهندسی شیمی
۱۳۹۸/۰۵/۰۱
صنعتی سهند
نانو ماده سیلیکاائروژل به واسطه خواصی همچون تخلخل بسیار بالا، ضریب هدایت حرارتی پایین، مساحت سطح ویژه بالا و چگالی بسیار پایین، کاربرد فراوانی در صنایع مختلف دارد .به دلیل خاصیت مکانیکی ضعیف سیلیکاائروژل، کامپوزیت آن با سایر مواد به عنوان عایق حرارتی به کار برده میشود که در این تحقیق از فوم پلی یورتان سخت استفاده شده است .فومهای نانوکامپوزیتی پلی یورتان/سیلیکاائروژل به دو روش اختلاط سیلیکاائروژل در پلی ال و دیایزوسیانات تهیه شدند و از سیکلوپنتان نیز به عنوان عامل پفزا استفاده گردید .سیلیکاائروژل مطابق روش سل-ژل و جایگزینی حلال سنتز شد، سپس در دماهای ۲۰۰، ۳۰۰، ۴۰۰ و ۵۰۰ درجه سانتیگراد کلسینه گردید .نتایج آزمون تعیین زاویه تماس با آب و دی آیدومتان نشان داد با افزایش دمای کلسیناسیون تاC ░۵۰۰ گروههای عاملی هیدروکسیل جایگزین گروه-های عاملی متیل شده و سیلیکاائروژل خاصیت آب دوستی پیدا کرده و انرژی آزاد سطح و کشش سطحی افزایش مییابد .با توجه به نتایج آنالیز میکروسکوپ الکترونی پویشی گسیل میدانی(FESEM)، اندازه ذرات تشکیل دهنده سیلیکاائروژل در محدوده ۱۰ تا ۴۰ نانومتر بوده و به صورت همگن پخش شدهاند .نتایج آزمون اندازهگیری سطح ویژه و اندازه حفراتBJH) -(BETنشان داد، طی فرایند کلسیناسیون سیلیکاائروژل خالص، مساحت سطح ویژه و حجم کل حفرات افزایش و متوسط قطر حفرات کاهش پیدا میکند .با توجه به نتایج آنالیز طیفسنجی مادون قرمز(FTIR)، سیلیکاائروژل بر خلاف پلیال، با دی-ایزوسیانات واکنش داده و این واکنش باعث تغییر در میزان پیوند هیدروژنی فومهای نانوکامپوزیتی می-گردد .نتایج حاصل از تصاویر میکروسکوپ نوری نشان داد، متوسط اندازه سلولی فوم نانوکامپوزیتی حاصل از اختلاط ۱درصد وزنی سیلیکاائروژل آب دوست در دی ایزوسانات نسبت به فوم خالص پلی یورتان، به واسطه هستهگذاری بالا و همگن، ۷۵درصد کاهش یافته و برابر با ۱۰۹میکرومتر بوده و توزیع اندازه سلولی باریکتری نسبت به بقیه فومها دارد .نتایج حاصل از آزمون مکانیکی فشاری نشان داد، مدول یانگ و تنش تسلیم فوم مذکور نیز نسبت به فوم خالص پلی یورتان، به واسطه ساختار سلولی همگن و متوسط اندازه سلولی پایینتر، ۳۵ درصد افزایش یافته است .نتایج آنالیز میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)فومها نشان داد، سازگاری و پخش همگن درصدهای وزنی پایین سیلیکاائروژل آب دوست در هر دو زمینه اختلاط، سبب ایجاد ساختار سلولی همگن و یکنواخت گردیده است .همچنین نتایج آنالیز تعیین ضریب هدایت حرارتی نشان داد که پایینترین ضریب هدایت حرارتی مربوط به فوم نانوکامپوزیتی حاصل از اختلاط ۱درصد وزنی سیلیکاائروژل آبدوست در دیایزوسیانات بوده، که با کاهش ۴۵ درصدی نسبت به فوم خالص پلی یورتان به مقدار mW/m.K ۲۰/۳ رسیده است .همچنین با توجه به آنالیز تعیین اشتعال-پذیری فوم به صورت افقی، نرخ سوختن فوم مذکور نسبت به فوم خالص پلی یورتان ۶۰ درصد کاهش یافته است.
m which is 75 smaller than that of neat Polyurethane foam due to homogeneous nucleation. The FESEM results indicated that the compatibility and well dispersion of lower weight percent of hydrophilic silica aerogel, results is more homogeneous cellular structure. The results of the mechanical strength showed that the nanocomposite foams containing 1 mass of silica aerogel exhibited the 35 higher resistance to compressive stress due to the homogeneous and uniform cellular cell structure. Also, the results of the thermal conductivity analysis showed that the lowest thermal conductivity coefficient of nanocomposite foam was attributed to 1 wt of hydrophilic silica aerogel in diisocyanate sample which was 20.3 mW/m.K and 45 less than neat Polyurethane sample was due to high cell density and high closed cell volume. Moreover, flammability investigations revealed that there was a 60 reduction in the flammability rate in the aforementioned sample in comparison with neat Polyurethane foam.إ C, the hydroxyl group overtook methylated resulting is hydrophilic silica aerogel. It should be noted that free surface energy and surface tension are directly related to the degree of polarity and hydroxyl groups. According to the FESEM analysis, the size of the silica-aerogel-forming particles is in the range of 10 to 40 nm and dispersed successfully. The results of the BET-BJH test showed that during the calcification process of the pure silica aerogel, the surface area and the total volume of the cavities increased and the average diameter of the cavities decreased. According to FTIR analysis, silica aerogel, unlike polyol, reacted with diisocyanate and this reaction caused a change in the number of hydrogen bonds and affected the properties of nanocomposite foams. The results of optical microscopic images showed that nanocomposite foams containing 1 wt of hydrophilic silica aerogel in diisocyanate exhibited mean cellular size of 109 ░ C. In order to determine the free surface energy, the contact angle with water and diiodomethane were carried out. The results showed that by increasing the calcination temperature to 500 ░ Silica aerogel is used in various industrial applications due to proper properties such as high porosity, low thermal conductivity, and low density. According to rigid structure and low tensile strength, Silica aerogel containing composite materials are used as thermal isolator. In order to improve the mechanical properties, silica aerogel with different weight percent was dispersed in the polyurethane foam matrix. Polyurethane/silica aerogel nanocomposite foams were prepared by mixing silica aerogel in polyol as well as in diisocyanate; cyclopentane was also used as a foaming agent. The neat silica aerogel was synthesized according to sol-gel method and solvent exchange, then calcined at 200, 300, 400 and 500
ba
Synthesis of polyurethane/silica aerogel nanocomposite foam and investigation of the microstructure, thermophysical and mechanical properties