پژوهشگران دانشگاه صنعتی اصفهان موفق به تولید پوشش‌های نانوکامپوزیتی شفاف شدند. این پوشش‌ها نسبت به پوشش‌های شفاف مورد استفاده در صنعت از خواص مکانیکی بهتری برخوردار بوده و علاوه‌بر طول عمر بالا، از قیمت پایین‌تر و چسبندگی به زیر لایه بالاتری برخوردار است.
به گزارش گروه دانش خبرگزاری دانا (دانا خبر) یکی از نانوذرات پرکاربرد در صنعت پوشش‌های پلیمری که مصرف زیادی به عنوان افزایش دهنده مقاومت در برابر خش دارد، نانوسیلیکا است. از نقاط قوت سیلیکا در مقابل آلومینا می‌توان به پراکندگی کمتر نور اشاره نمود که باعث شفافیت بالای پوشش نانوکامپوزیتی می‌شود. امروزه در صنعت، عموما از نانوسیلیکای فومی به عنوان پرکننده، برای افزایش خواص پوشش‌های شفاف استفاده می‌شود. در صورت جایگزینی این نوع پوشش با نوع رسوبی، می‌توان از هزینه‌های تولیدی کم کرد.
در این کار تحقیقاتی، تولید پوشش‌های شفاف نانوکامپوزیتی پلی یورتان اکریلیکی/نانوسیلیکا مد نظر بوده است که با اعمال آن بر روی سطح فولاد ساده کربنی، خواص مکانیکی آن‌ها مورد بررسی قرار گرفت. در این راستا از دو نوع نانوسیلیکای فومی و رسوبی به عنوان پرکننده در پوشش فوق استفاده شد.
سیلیکای فومی، پودری بی‌شکل، سفید، بی‌بو و بی‌مزه است که به‌وسیله فرایند آبکافت بخار دما بالای سیلیسیم تتراکلرید در شعلۀ اکسیژن-هیدروژن بر طبق واکنش زیر حاصل می‌شود:
SiCl4 + 2H2 + O2 SiO2 + 4HCl
سیلیکای رسوبی معمولاً توسط فرایند تر بدست می آید. در این روش سیلیکات‌ها به‌وسیله اسیدهای معدنی مانند اسید سولفوریک و اسید هیدروکلریک عمل آوری شده تا ذرات سیلیکای هیدراته ریز و در نتیجه رسوب‌دهی حاصل گردد. در واقع سیلیکاهای رسوبی نسبت به انواع دیگر ارزان‌تر هستند.
مهندس رضا اسلامی، دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی پلیمر دانشگاه صنعتی امیرکبیر، در این باره گفت: «نانوسیلیکا به علت ضریب شکست نزدیک به ضریب شکست پوشش‌های شفاف می‌تواند گزینه مناسبی برای افزایش خواص پوشش‌ها باشد. هدف ما در این تحقیقات مشاهده توانایی جایگزینی نانوذرات سیلیکای فومی با نوع رسوبی بوده است. سیلیکاهای رسوبی به علت ارزانی می‌تواند از نظر اقتصادی گزینه مناسبی برای این جایگزینی باشد. اما باید خواص هر دو نوع پوشش مورد مقایسه قرار گیرد. در این راستا با پخش مناسب هر دو نوع نانوذرات در زمینه پلی یورتانی، پوشش‌های شفاف تولید شدند. خواص نوری از جمله شفافیت، براقیت و جذب UV-Vis و نیز خواص مکانیکی از قبیل استحکام چسبندگی پوشش به زیر لایه و مقاومت در برابر ضربه مورد ارزیابی قرار گرفت.»
نتایج آزمون شفافیت نشان می‌دهد که با افزایش درصد نانوسیلیکا از میزان شفافیت رزین اکریلیکی کاسته می‌شود. با این حال کاهش شفافیت به مقداری نیست که پوشش را دچار مشکل کند. اما نوع رسوبی از خواص نوری بهتری نسبت به نوع فومی برخوردار است.
اسلامی، در توضیحات تکمیلی خود افزود: «از دیگر نتایج این تحقیقات می‌توان به میزان جذب طیف‌های ماورابنفش اشاره کرد: با افزایش درصد ذرات نانوسیلیکا، بر میزان طیف جذبی به خصوص در ناحیه فرابنفش افزوده شده و این جذب برای گونه رسوبی بالاتر است. جذب این طیف‌ها به طول عمر و کیفیت پوشش‌های براق در طول مصرف بسیار کمک کرده و از تخریب زود‌هنگام جلوگیری می‌کند. در نتیجه پوشش‌های حاوی نانوسیلیکای نوع رسوبی می‌تواند از عمر بالاتری برخوردار باشد. همچنین نتایج آزمون‌های استحام چسبندگی پوشش به زیر لایه حاکی از آن است که با افزودن نانوذرات سیلیکا میزان چسبندگی پوشش افزایش می‌یابد. به طوری که افزایش 6 درصد از نانوذرات، چسبندگی را تا میزان 40 درصد افزایش می‌دهد. در آزمون مقاومت به ضربه نیز مشاهده شد که مقاومت مستقل از مقدار نانوذرات بوده و با افزایش درصد نانوذرات در هر دو نوع تغییری در مقاومت به ضربه نانوکامپوزیت مشاهده نمی‌شود.»
نتایج این تحقیقات که با تلاش مهندس رضا اسلامی، دکتر روح الله باقری و دکتر مهدی صالحی -اعضای هیات علمی دانشگاه صنعتی اصفهان ـ و مهندس یاسر هاشم زاده صورت گرفته است، در مجله Progress in Organic Coatings (جلد 77، شماره 7، ماه جولای، سال 2014، صفحات 1184 تا 1190) منتشر شده است.
در این کار تحقیقاتی، تولید پوشش‌های شفاف نانوکامپوزیتی پلی یورتان اکریلیکی/نانوسیلیکا مد نظر بوده است که با اعمال آن بر روی سطح فولاد ساده کربنی، خواص مکانیکی آن‌ها مورد بررسی قرار گرفت. در این راستا از دو نوع نانوسیلیکای فومی و رسوبی به عنوان پرکننده در پوشش فوق استفاده شد.
سیلیکای فومی، پودری بی‌شکل، سفید، بی‌بو و بی‌مزه است که به‌وسیله فرایند آبکافت بخار دما بالای سیلیسیم تتراکلرید در شعلۀ اکسیژن-هیدروژن بر طبق واکنش زیر حاصل می‌شود:
SiCl4 + 2H2 + O2 SiO2 + 4HCl
سیلیکای رسوبی معمولاً توسط فرایند تر بدست می آید. در این روش سیلیکات‌ها به‌وسیله اسیدهای معدنی مانند اسید سولفوریک و اسید هیدروکلریک عمل آوری شده تا ذرات سیلیکای هیدراته ریز و در نتیجه رسوب‌دهی حاصل گردد. در واقع سیلیکاهای رسوبی نسبت به انواع دیگر ارزان‌تر هستند.
مهندس رضا اسلامی، دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی پلیمر دانشگاه صنعتی امیرکبیر، در این باره گفت: «نانوسیلیکا به علت ضریب شکست نزدیک به ضریب شکست پوشش‌های شفاف می‌تواند گزینه مناسبی برای افزایش خواص پوشش‌ها باشد. هدف ما در این تحقیقات مشاهده توانایی جایگزینی نانوذرات سیلیکای فومی با نوع رسوبی بوده است. سیلیکاهای رسوبی به علت ارزانی می‌تواند از نظر اقتصادی گزینه مناسبی برای این جایگزینی باشد. اما باید خواص هر دو نوع پوشش مورد مقایسه قرار گیرد. در این راستا با پخش مناسب هر دو نوع نانوذرات در زمینه پلی یورتانی، پوشش‌های شفاف تولید شدند. خواص نوری از جمله شفافیت، براقیت و جذب UV-Vis و نیز خواص مکانیکی از قبیل استحکام چسبندگی پوشش به زیر لایه و مقاومت در برابر ضربه مورد ارزیابی قرار گرفت.»
نتایج آزمون شفافیت نشان می‌دهد که با افزایش درصد نانوسیلیکا از میزان شفافیت رزین اکریلیکی کاسته می‌شود. با این حال کاهش شفافیت به مقداری نیست که پوشش را دچار مشکل کند. اما نوع رسوبی از خواص نوری بهتری نسبت به نوع فومی برخوردار است.
اسلامی، در توضیحات تکمیلی خود افزود: «از دیگر نتایج این تحقیقات می‌توان به میزان جذب طیف‌های ماورابنفش اشاره کرد: با افزایش درصد ذرات نانوسیلیکا، بر میزان طیف جذبی به خصوص در ناحیه فرابنفش افزوده شده و این جذب برای گونه رسوبی بالاتر است. جذب این طیف‌ها به طول عمر و کیفیت پوشش‌های براق در طول مصرف بسیار کمک کرده و از تخریب زود‌هنگام جلوگیری می‌کند. در نتیجه پوشش‌های حاوی نانوسیلیکای نوع رسوبی می‌تواند از عمر بالاتری برخوردار باشد. همچنین نتایج آزمون‌های استحام چسبندگی پوشش به زیر لایه حاکی از آن است که با افزودن نانوذرات سیلیکا میزان چسبندگی پوشش افزایش می‌یابد. به طوری که افزایش 6 درصد از نانوذرات، چسبندگی را تا میزان 40 درصد افزایش می‌دهد. در آزمون مقاومت به ضربه نیز مشاهده شد که مقاومت مستقل از مقدار نانوذرات بوده و با افزایش درصد نانوذرات در هر دو نوع تغییری در مقاومت به ضربه نانوکامپوزیت مشاهده نمی‌شود.»
نتایج این تحقیقات که با تلاش مهندس رضا اسلامی، دکتر روح الله باقری و دکتر مهدی صالحی -اعضای هیات علمی دانشگاه صنعتی اصفهان ـ و مهندس یاسر هاشم زاده صورت گرفته است، در مجله Progress in Organic Coatings (جلد 77، شماره 7، ماه جولای، سال 2014، صفحات 1184 تا 1190) منتشر شده است.
