استفاده از ذرات معدنی در اندازه های نانو و میكرون جهت پوشش های ضد خوردگی

توضیحات

استفاده از ذرات معدنی در اندازه های نانو و میكرون جهت پوشش های ضد خوردگی
فرمت فایل:Word (قابل ویرایش و آماده پرینت)
تعداد صفحه:97
پايان نامه مقطع كارشناسي مهندسي شيمي
فهرست مطالب :
فصل اول : مطالعه تاثير ذرات نانو و ميکروني بر خواص مختلف يک پوشش اپوکسي بر پايه حلال (Solvent base epoxy coating )
مقدمه2
1-1- بررسي اثر ذرات نانو بر رفتار شکست يک پوشش ترموست 3
1-1-1- بررسي تاثير اندازه ذرات به همراه نوع اصلاح سطحي بر
رفتار شکست پوشش اپوکسي3
2-1-1- بررسي تاثير اندازه ذرات افزودني بر رفتار شکست پوشش6
3-1-1- بررسي تاثير اصلاح سطحي بر رفتار شکست پوشش8
4-1-1- بررسي روش ارزيابي کار شکست پوشش8
5-1-1- نتيجه گيري کلي12
2-1- بررسي تاثير ذرات نانو SiO2 بر رفتار شکست و چقرمگي پوشش13
1-2-1- بررسي تاثير ذرات Nano-SiO2 بر انرژي شکست پوشش اپوکسي15
2-2-1- نتيجه گيري کلي17
3-1- بررسي اثر شکل ذرات نانو بر خواص مکانيکي يک پوشش17
1-3-1- نتيجه گيري کلي24
4-1- بررسي اثر افزودني هاي مختلف بر خواص ويسکوالاستيک پوشش24
1-4-1- بررسي تاثير ذرات نانو Nano-Al2O3 بر خواص ويسکوالاستيک پوشش24
2-4-1- بررسي ديسپرسيون ذرات نانو بر خواص ويسکوالاستيک پوشش 26
3-4-1- نتيجه گيري کلي30
5-1- بررسي تاثير اندازه ذرات و درصد مورد استفاده بر خواص
ويسکوالاستيک پوشش31
1-5-1- بررسي تاثير اندازه ذرات و درصد استفاده از ذرات Nano-ZnO بر خواص
ويسکوالاستيک پوشش31
1-1-5-1- بررسي عوامل مختلف موثر بر ديسپرسيون ذرات نانو32
2-1-5-1- بررسي خواص ويسکوالاستيک پوشش پس از استفاده از ذرات نانو35
3-1-5-1- بررسي تاثير درصد استفاده از ذرات نانو به همراه اندازه ذرات بر رفتار
مکانيکي پوشش37
2-5-1- نتيجه گيري کلي39
6-1- بررسي تاثير ذرات نانو بر خواص چسبندگي پوشش40
1-6-1- بررسي مکانيزم بهبود چسبندگي پوشش اپوکسي حاوي ذرات نانو43
2-6-1- نتيجه گيري49
فصل دوم : بررسي روش هاي مختلف تهيه پوشش هاي پودري اپوکسي بر پايه ذرات نانو و ميکروني (Epoxy based Powder coating )
1- مقدمه51
1-2- بررسي پوشش اپوکسي اصلاح شده با ذرات Nano-CaCO353
1-1-2- آماده سازي رزين اپوکسي / Nano-CaCO3-composite53
2-1-2- تهيه پوشش پودري بر پايه اپوکسي اصلاح شده با Nano-CaCO354
3-1-2- بررسي ديسپرسيون Nano-CaCO3 در پوشش پودري اصلاح شده
پس از پخت55
4-1-2- بررسي اثر ذرات Nano-CaCO3 بر خواص Cupping 58
5-1-2- بررسي اثر ضخامت پوشش پودري بر خواص ضربه و Cupping پوشش 59
6-1-2- بررسي خواص Cupping پوشش پودري60
7-1-2- آزمون مه نمکي جهت بررسي خواص ضد خوردگي پوشش پودري
حاوي ذرات نانو63
8-1-2- بررسي مکانيزم بهبود خواص پوشش پودري به توسط
نانو ذرات64
2-2- بررسي اثر درجه پخت ،درصد فيلر به همراه اندازه ان بر خواص مقاومت سايشي يک پوشش پودري بر پايه اپوکسي Fusion-bond (FBEP )65
1-2-2- بررسي اثر شرايط پخت يک پوشش پودري بر خواص سايشي پوشش66
2-2-2- بررسي اثر افزودني هاي مختلف بر خواص Erosion يا سايشي 70
3-2-2- بررسي اجزاء يک پوشش حاوي ذرات نانو فعال74
1-3-2-2- معايب پوشش هاي پودري بر پايه رزين هاي ترموپلاست75
2-3-2-2- اختلاط مذاب پوشش پودري ترموست (Melt Blending )79
3-3-2-2- پوشش قابل پخت به توسط اشعه UV (Melt-Blending )80
4-3-2-2- سيستم هاي پوشش پودري ترموست (Melt Extrusion )80
5-3-2-2- بررسي سيستم Radiation powder coating80
4-2- بررسي روش اصلاح سطحي ذرات پودري يک پوشش در حالت جامد84
1-4-2- بررسي فرايند نشاندن ذرات guest بر روي سطح ذرات host86
2-4-2- بررسي چگونگي اصلاح سطحي ذرات پودر88
3-4-2- آناليز مورفولوژي سطح88
3- بررسي نتايج کلي بدست آمده از تحقيق92
4- مراجع96
مقدمه :
امروزه استفاده از رزين اپوکسي به دليل برخورداري از خواص ويژه آن نظير مقاومت حرارتي،مکانيکي و شيميايي بسيار بالا از کاربرد فراواني در صنايع مختلف برخوردار مي باشد.با اين وجود دانسيته شبکه اي بالاي اين رزين همچنان به عنوان يک ضعف اصلي اين رزين محسوب مي شده که به کاهش پاره اي از خصوصيات اين رزين نظير مقاومت در برابر ضربه مي انجامد.بهبود چقرمگي اين رزين مي تواند به عنوان يک راهکار براي رفع اين مشکل محسوب گردد که اين امر مي تواند به توسط روش هاي مختلفي نظير استفاده از نرم کننده ها (Plastisizer ) يا عوامل چقرمه کننده ديگر صورت پذيرد که استفاده از اين مواد اگرچه که به بهبود چقرمگي اين رزين مي تواند کمک نمايد اما از طرف ديگر کاهش پاره اي از خواص ديگر رزين اپوکسي نظير دانسيته شبکه اي و يا دماي انتقال شيشه اي رزين را در پي خواهد داشت که مي تواند به ضعيف تر شدن ساير خواص مقاومتي رزين بيانجامد که روش کارامدي محسوب نمي گردد.
يک روش جهت بهبود چقرمگي يک رزين اپوکسي در عين حفظ خصوصيات ديگر ان استفاده از افزودني هاي مختلف مي باشد که در اين ميان استفاده از ذرات نانو به دليل ايجاد خواص بي نظير ان امروزه از کاربرد هاي فراواني برخوردار مي باشد.مشکل اساسي در بحث استفاده از ذرات نانو فرايند مشکل پخش ذرات نانو در بستر رزين مي باشد.براي برخورداري از اپتيمم خواص براي يک پوشش اپوکسي حاوي ذرات نانو ديسپرسيون ان از اهميت بسيار بالايي برخوردار مي باشد.
در اين تحقيق سعي گرديد تا تاثير عوامل مختلفي نظير شکل،اندازه،نوع اصلاح سطحي،درصد وزني مورد استفاده و ماهيت شيميايي ذرات نانو بر خواص ديسپرسيون و به دنبال ان ساير خصوصيات فيزيکي،مکانيکي و شيميايي رزين اپوکسي مورد بررسي قرار گيرد.از طرف ديگر خواص بدست امده از سيستم حاوي ذرات نانو با سيستم حاوي ذرات ميکروني مقايسه گرديد تا ميزان کارايي ذرات نانو با ذرات ميکروني هم خانواده ان مقايسه شوند.
1-1- بررسي اثر ذرات نانو بر رفتار شکست يک پوشش ترموست
عوامل مختلفي مي توانند بر رفتار شکست يک پوشش حاوي يک افزودني تاثير گذار باشند که به عنوان مثال مي توان به اثر اندازه ذرات،نوع اصلاح سطحي و همچنين شکل فيزيکي ذرات نانو اشاره نمود.در اين بخش تاثير اندازه ذرات در ابعاد ميکروني (4.5-3 ميکرون ) و نانو (100-20 نانومتر) به همراه نوع اصلاح سطحي بر رفتار شکست يک پوشش اپوکسي مورد بررسي قرار خواهد گرفت.
1-1-1- بررسي تاثير اندازه ذرات به همراه نوع اصلاح سطحي بر رفتار شکست پوشش اپوکسي
يک مزيت استفاده از رزين اپوکسي توانايي اين رزين براي برقراري اتصال با رزين و تشکيل يک ساختمان مولکولي فشرده که به ايجاد يک Stiffness و مقاومت شيميايي مي انجامد مي باشد.به دليل ساختار شبکه اي بالاي پوشش اپوکسي اين پوشش از يک مقاومت بسيار پايين در برابر شروع و رشد ترک برخوردار مي باشد.تعدادي از محققين تلاش کرده اند تا چقرمگي اين پليمرها را با استفاده از ذرات مختلف افزودني ها بهبود دهند.
براي اين منظور از عوامل Reinforcement مختلفي نظير ذرات Rubbery ،شيشه،ذرات سراميک،سيليکات ها و ذرات فلزي استفاده گرديد.براي بهبود چقرمگي يک پوشش مي توان از ذرات نانو بهره گرفت.مطالعات صورت گرفته حاکي از خواص مناسب تري مي باشد که ذرات نانو در مقايسه با ذرات ميکروني مي توانند ايجاد نمايند.
مروري بر تحقيقات صورت گرفته نشان مي دهد که استفاده از ذرات نانو Al2O3 و CaSiO3 در رزين اپوکسي به بهبود و افزايش قابل توجه خواصي نظير Impact Energy ،Flexural strength خواص ديناميکي ،مکانيکي و حرارتي پوشش مي کردند.از طرف ديگر استفاده از ذرات نانو TiO2 يک Strain بالاتري براي شکست به همراه يک مقاومت بالاي خراش را در برخي از درصد هاي استفاده از ذرات نانو را نشان مي دهد.
به مانند ساير خواص يک پوشش ديسپرسيون ذرات نانو به شدت مي تواند بر رفتار شکست ان تاثير گذار باشد. مفيد بودن ذرات نانومتري مي تواند به دليل بروز پاره اي از مشکلات نظير استفاده و کاربرد اين ذرات مي تواند تحت تاثير قرار گيرد.از جمله اين مشکلات همانطور که در بخش قبل هم ذکر شد ايجاد تجمعات و ديسپرسيون نامناسب ذرات نانو مي باشد.استفاده از تکنيک هاي التراسونيک و آسياب Ball milling تا حدودي مي توانند در رفع اين مشکل کارساز باشند.راه ديگر بهبود چقرمگي پليمر کنترل نمودن اتصال مابين ماتريس و عامل reinforcement مي باشد.اين اتصالات مي تواند به واسطه قرار دادن گروههاي organo functional silan بر روي سطح ذرات نانو ايجاد گردد.در اين تحقيق اثر اصلاح ارگانوسيلاني و اندازه ذرات بر خواص چقرمگي يک پوشش بر پايه رزين اپوکسي مورد بررسي قرار خواهد گرفت.
براي اين منظور از ذرات کروي آلومنيوم به عنوان عامل reinforcement يا تقويت کننده پوشش جهت بهبود رفتار Fracture toughness يک پليمر شبکه اي مورد بررسي قرار مي گيرد.براي اين منظور از دو نوع ذره نانو با اندازه متوسط 50 نانومتر و ميکروني با ندازه متوسط 3.5 ميکرون استفاده گرديد.بدينوسيله کامپوزيت هاي Epoxy-Aluminum به واسطه روش In situ-polymerization براي دو حالت اصلاح سطحي و بدون اصلاح سطحي بدست آمدند.نحوه پخش ذرات نانو در بستر يک رزين اپوکسي به اين صورت مي باشد که در ابتدا ذرات در بستر حلال استون پخش شده که اين عمل به واسطه يک هم زن مکانيکي و نيز استفاده هم زمان از يک التراسونيک انجام مي پذيرد.
ساختمان شيميايي گروه سيلاني مورد استفاده جهت اصلاح سطحي ذرات نانو در شکل 1 نشان داده شده است.
و...