پ۲۸۵۷۰
per
بهینه سازی و تقویت چسب UV توسط عامل دار کردن نانوذرات سیلیکا
فرینا مقدم
مهندسی مکانیک
۱۴۰۱
۱۲۰ص.
سی دی
کارشناسی ارشد
مهندسی مواد-گرایش شناسایی و انتخاب مواد
۱۴۰۱/۱۱/۱۹
امروزه چسب¬های یو وی به دلیل داشتن مزایایی مانند جوش¬خوردن سریع، بی¬رنگ بودن و ضخامت کم چسب در محل اتصال، مورد توجه قرار گرفته¬اند. از این نوع چسب¬ها برای چسباندن اجسام ظریفی که نباید جای شکستگی در آن مشخص باشد مانند: صنایع دکوری، کاربردهای الکترونیکی، کاربرد در تجهیزات پزشکی و مصارف عمومی از قبیل چسباندن شیشه به شیشه و شیشه به فلز مورد استفاده قرار می¬گیرد. فرمولاسیون UV، مونومرها و الیگومرهای مایع است که با درصد کمی از آغازگرهای نوری مخلوط می¬شوند. سپس در معرض انرژی UV قرار می¬گیرند و این انرژی نوری را به صورت واسطه¬های واکنشی از جمله رادیکال¬های آزاد و کاتیون¬های واکنشی به انرژی شیمیایی تبدیل می¬کنند که در نتیجه باعث پلیمریزاسیون و پخت می¬شوند. هدف از انجام این پژوهش تقویت و افزایش استحکام چسب¬های یو وی پخت پایه آکریلاتی با حفظ خاصیت بی رنگی آن¬ها است. در این پژوهش از نانوذرات سیلیکا با سطح ویژه مشخص به عنوان عامل افزایش¬دهنده استحکام این چسب¬ها توأم با پخت¬کردن استفاده می¬شود. به دلیل بی¬رنگ ماندن چسب یو وی پس از افزودن نانوذره سیلیکا، فرآیند ساده¬تر پخش در بستر، خواص ویژه فیزیکی و مکانیکی، این نانوذره مورد توجه بیشتری نسبت به سایر نانوذرات قرار گرفته است. اصلاح سطح نانوذرات با ترکیبات سیلان¬دار و پیوند¬زدن زنجیره¬های پلیمری به سطح نانوذرات از جمله روش¬های موثر در این زمینه است که علاوه بر بهبود پخش¬پذیری نانوذرات در ساختار چسب، بوسیله برهمکنش¬های فیزیکی و شیمیایی، خواص چسب را بهبود می¬بخشد. عوامل جفت¬کننده سیلانی به دلیل ساختار ویژه دو عاملی که دارند قادر به انجام واکنش با گروه¬های سیلانول موجود بر سطح سیلیکا و همچنین برقراری سازگاری هرچه بیشتر با بستر پلیمر می¬باشند. از طرفی حضور زنجیره¬های پلیمری بر روی سطح سیلیکا برهمکنش میان نانوذرات و ماتریس پلیمری را بهبود می¬بخشد.در پژوهش حاضر، ابتدا نانوذرات سیلیکا توسط عامل سیلانی3-متاکریلوکسی پروپیل تری متوکسی سیلان (MPS) در مدت زمان 8، 16، 24، 32 و 48 ساعت اصلاح شیمیایی گردید. در مرحله بعدی پژوهش، نانوذرات سیلیکا توسط 3-آمینوپروپیل تری اتوکسی سیلان (APTES) در مدت زمان 6، 12 و 24 ساعت اصلاح شد، سپس متیل آکریلات توسط واکنش مایکل ادیشن به سطح سیلیکا پیوند زده شد. پس از اصلاح سطح نانوذرات به روش¬های مختلف، نانوذرات اصلاح شده و نانوذره اصلاح نشده سیلیکا در 5/0 تا 2 درصد وزنی به چسب افزوده شدند و در مدت زمان 15 دقیقه توسط همزن مکانیکی تحت همزدن قرار گرفتند.مجموعه آنالیزها برای بررسی نانوذرات اصلاح شده شامل روش¬های FTIR جهت شناسایی پیوندهای شیمیایی، SEM برای بررسی مورفولوژی نانوذرات، TGA به منظور مشخص¬کردن میزان اصلاح سطح نانوذرات (درصد سیلان پیوند خورده) و XRD به منظور بررسی تغییرات بوجود آمده در ساختار نانوذرات پس از اصلاح سطح می¬باشد. همچنین از آنالیزهای زاویه تماس برای بررسی آبدوستی و آبگریزی چسب حاوی نانوذرات، AFM جهت بررسی زبری سطح چسب حاوی نانوذرات، آزمون استحکام برشی به منظور بررسی استحکام چسب پس از افزودن نانوذرات و SEM برای بررسی مقطع شکست چسب-شیشه استفاده گردید.با تحلیل و بررسی نتایج بدست¬آمده از آنالیزهای نانوذرات اصلاح شده مشخص گردید که بهترین مدت زمان برای اصلاح سطح به روش بازی با 3-متاکریلوکسی پروپیل تری متوکسی سیلان 16 ساعت است که درصد سیلان پیوند خورده به 33/9% می¬رسد. همچنین برای 3-آمینوپروپیل تری اتوکسی سیلان 12 ساعت است که درصد سیلان پیوند خورده به 5/6% می¬رسد. نتایج حاصل از آنالیزهای چسب حاوی نانوذرات سیلیکا نیز نشان داد که موثرترین روش اصلاح سطح، اصلاح سطح با عامل سیلانی MPS است. همچنین با استفاده از نانوذرات اصلاح¬شده توسط این روش، استحکام برشی چسب حاوی 5/1% وزنی نانوذرات سیلیکا از MPa 75/12 به MPa 54/23 میرسد که موجب بهبود قابل توجه 63/84 درصد در استحکام برشی می¬گردد.
Nowadays, UV adhesives have attracted attention due to their advantages such as fast curing, being colorless, and thin adhesive layer at the joint. These types of adhesives are used for gluing delicate objects in which there should be no obvious breakage, such as decorative industries, electronic applications, use in medical equipment, and general purposes such as gluing glass to glass and glass to metal. UV formulations are liquid monomers and oligomers that are mixed with a small percentage of photoinitiators. Then they are exposed to UV energy and this light energy is converted into chemical energy in the form of reactive intermediates, including free radicals and reactive cations, which result in polymerization and curing. The purpose of this study is to strengthen and increase the strength of acrylate-based UV-curing adhesives while maintaining their colorless properties. In this research, silica nanoparticles with the specific surface area are used as an agent to increase the strength of these adhesives along with curing. Due to UV glue remaining colorless after adding silica nanoparticles, easier spreading process in the substrate, and special physical and mechanical properties, and this nanoparticle has more attention than other nanoparticles. Modifying the surface of nanoparticles with silane compounds and linking polymer chains to the surface of nanoparticles are among the effective methods in this field, in addition to improving the dispersibility of nanoparticles in the adhesive structure, through physical and chemical interactions, it improves the properties of the glue. Due to the special structure of the two agents, the silane coupling agents are capable of reacting with the silanol groups on the surface of the silica, as well as making them more compatible with the polymer substrate. On the other hand, the presence of polymer chains on the surface of silica improves the interaction between nanoparticles and polymer matrix.In the present study, first, silica nanoparticles were chemically modified by 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane (MPS) for 8, 16, 24, 32 and 48 hours. In the next stage of research, silica nanoparticles were modified by 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES) for 6, 12 and 24 hours, then methyl acrylate was grafted to the silica surface by Michael addition reaction. After modifying the surface of nanoparticles by different methods, modified nanoparticles and unmodified silica nanoparticles were added to the glue at 0.5 to 2% by weight and were stirred by a mechanical stirrer for 30 minutes. The set of analyses to check modified nanoparticles includes FTIR methods to identify chemical bonds, SEM to check the morphology of nanoparticles, TGA to determine the amount of nanoparticle surface modification (grafting percentage) and XRD to check the changes in the structure of nanoparticles after its' surface modification. Also, contact angle analysis was used to check the hydrophilicity and hydrophobicity of the adhesive-containing nanoparticles, AFM was used to check the surface roughness of the adhesive-containing nanoparticles, shear strength test was used to check the adhesive strength after adding nanoparticles, and SEM was used to check the adhesive-glass fracture section. By analyzing and checking the results obtained from the analyses of the modified nanoparticles, it was determined that the best time to modify the surface using the alkaline method with the 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane is 16 hours, and the grafting percentage reaches 9.33%. Also, for the 3-aminopropyltriethoxysilane, it is 12 hours, which reaches 6.5%. The results of the analyses of the adhesive containing silica nanoparticles also showed that the most effective surface modification method is a surface modification with MPS silane agent. Also, by using nanoparticles modified by this method, the shear strength of the adhesive containing 1.5% by weight of silica nanoparticles increases from 12.75 MPa to 23.54 MPa, which causes a significant improvement of 84.63% in shear strength.
Optimizing and strengthening UV adhesive by functionalizing silica nanoparticles
مقدم،
فرینا
تهیه کننده
توتونچی،
کیان وش،
ابوالفضل
عباس
استاد راهنما
استاد مشاور
تبریز
