| Περίληψη |
Σε αυτή την εργασία μελετάται η θερμοδυναμική κατάσταση επιφανειών / διεπιφανειών πολυμερών, καθώς επίσης και η μεταβολή της λόγω της παρουσίας επιφανειοδραστικών συμπολυμαρικών προσθέτων. Ακολούθως μελετήθηκε η τροποποίηση της διεπιφάνειας πολυμερούς - πολυμερούς και η επίδραση της αρχιτεκτονικής συμπολυμερών στο εύρος διεπιφάνειας μεταξύ των διαφορετικών στοιβάδων του στην κατάσταση τάξης. Στην συνέχεια μελετήθηκαν οι διαμορφώσεις πολυμερικών αλυσίδων, αγκιστρωμένων από το ένα τους άκρο σε στερεή επιφάνεια, ενώ τέλος διερευνήθηκε η δυνατότητα ανάπτυξης πολυμερικών μιγμάτων που διαθέτουν «έξυπνες» επιφάνειες, δηλαδή επιφάνειες που αποκρίνονται σε εξωτερικά ερεθίσματα. Η επίδραση της προσθήκης συμπολυμερών στην μείωση της διεπιφανειακής τάσης συστημάτων από μη αναμίξιμα ομοπολυμερή, ερευνάται σαν συνάρτηση του μοριακού βάρους, της συγκέντρωσης, της σύστασης και της αρχιτεκτονικής του συμπολυμερούς. Το μίγμα αποτελείται από ομοπολυμερή πολυστυρενίου και πολυισοπρενίου υπό την παρουσία δισυσταδικού συμπολυμερούς πολυστυρενίου-πολυισοπρενίου, ενώ η πειραματική μέθοδος είναι αυτή της κρεμάμενης σταγόνας. Η διεπιφανειακή τάση μειώνεται με την προσθήκη μικρών ποσοτήτων συμπολυμερών και καταλήγει σε μία οριακή τιμή (πλατώ) για υψηλότερες συγκεντρώσεις, κάτι που βρίσκεται σε συμφωνία με παλαιότερες μελέτες. Εν τούτοις η μείωση της διεπιφανειακής τάσης είναι μία μη μονότονη συνάρτηση του μοριακού βάρους του συμπολυμερούς, για σταθερή συγκέντρωση της περιοχής του πλατώ. Η ίδια ακριβώς εικόνα εμφανίζεται και σαν συνάρτηση της σύστασης του πρόσθετου. Καθώς το μήκος των συστάδων του συμπολυμερούς μεγαλώνει η μείωση της διεπιφανειακής τάσης |Δγ| περνά από ένα μέγιστο. Αυτό θα πρέπει να σχετίζεται με την αυξανόμενη ροπή για δημιουργία μικυλίων από συμπολυμερή μεγάλου μοριακού βάρους στο μίγμα, κάτι που επιβεβαιώνεται με πειράματα σκέδασης ακτίνων Χ σε μικρές γωνίες. Τα αποτελέσματα συζητώνται και σε σχέση με θεωρητικές προβλέψεις σε μίγματα ομοπολυμερών / ομοπολυμερών / συμπολυμερών. Στην συνέχεια μελετήθηκε η σχέση ανάμεσα στο διεπιφανειακό εύρος φυλλώδους δομής τρισυσταδικού και δισυσταδικού συμπολυμερούς με πειράματα ανάκλασης νετρονίων εκμεταλλευόμενοι την επιφανειακά επιβαλλόμενη δομή παράλληλα στην ελεύθερη επιφάνεια λεπτών συμπολυμερικών υμενίων. Το διεπιφανειακό πλάτος του τρισυσταδικού PV2P-PS-PV2P εμφανίζεται ~38% λεπτότερο από αυτό του αντίστοιχου δισυσταδικού. Η διαφορά αυτή συζητείται σε σχέση με θεωρητικές προβλέψεις και με κάθε προσοχή τείνει να αποδοθεί στην μειωμένη συνεισφορά των θερμικών διακυμάνσεων του προφίλ συγκέντρωσης στο διεπιφανειακό πλάτος εξ' αιτίας της παρουσίας διαμορφώσεων γέφυρας από την μεσαία συστάδα του τρισυσταδικού συμπολυμερούς στην φυλλώδη δομή. Το αμέσως επόμενο κομμάτι αφορά τον διαχωρισμό συσταδικών συμπολυμερών από μίγμα με κατάλληλα ομοπολυμερή, στην διεπιφάνεια πολυμερούς - στερεού υποστρώματος. Τα δείγματα που είναι σε μορφή λεπτών υμενίων μελετήθηκαν πειραματικά με ανάκλαση νετρονίων και θεωρητικά με υπολογισμούς μέσου πεδίου με αυτοσυνεπή μέθοδο σε μοντέλο πλέγματος. Οι διαμορφώσεις των προσροφημένων αλυσίδων συμπολυμερούς εξετάζονται σαν συνάρτηση της αναλογίας του μήκους των συστάδων τους. Ταυτοποιούνται τα προφίλ πυκνότητας στοιχειωδών δομικών μονάδων PS-PV2P και PS-PMMA που προσροφόνται στην διεπιφάνεια PS / υποστρώματος. Τόσο η θεωρία όσο και το πείραμα συγκλίνουν σε μία ευρεία μετάβαση από διαμορφώσεις 'mushroom' σε 'brush' των προσροφημένων στο ομοπολυμερές συστάδων, μεταβάλλοντας την αναλογία των μηκών τους με την άλλη τους συστάδα. Τέλος μελετήθηκε η ανάπτυξη της κατάλληλης μεθοδολογίας για την επίτευξη πολυμερικών επιφανειών που μπορούν να ανταποκρίνονται σε ερεθίσματα του εξωτερικού τους περιβάλλοντος. Αναλύεται η μεθοδολογία αυτή για επιφάνειες που μπορούν να μεταβάλλουν τα χαρακτηριστικά της διαβροχής τους όταν εκτίθενται σε περιβάλλον υδρατμών. Για το σκοπό αυτό εκμεταλλευτήκαμε τον επιφανειακό διαχωρισμό συσταδικών συμπολυμερών στην διεπιφάνεια αέρα - πολυμερούς, χρησιμοποιώντας την δυνατότητα προσκόλλησης υδρόφιλων ακραίων ομάδων στις επιφανειακά ενεργές συστάδες. Η επιφανειακά ενεργός συστάδα του συμπολυμερούς ('anchor') οδηγεί το συμπολυμερές στην επιφάνεια ενώ η άλλη συστάδα σχηματίζει την ουρά ('dangling tail') που το συνδέει με την μήτρα του ομοπολυμερούς. Η υδρόφιλη ακραία ομάδα αποκρύπτεται από την ελεύθερη επιφάνεια όταν αυτή είναι σε επαφή με τον αέρα. Όταν όμως η επιφάνεια εκτεθεί σε υδρατμούς, η υδρόφιλη ομάδα ανεβαίνει στην επιφάνεια και μειώνει σημαντικά την γωνία επαφής υδατικής σταγόνας επί της επιφανείας του πολυμερικού συστήματος. Δείχνουμε ότι η ενεργοποίηση αυτή είναι αναστρέψιμη με εναλλασσόμενη έκθεση της επιφάνειας σε ξηρό ή υγρό περιβάλλον αντίστοιχα.
|
Μελέτη και τροποποίηση δομής και ιδιοτήτων επιφανειών/διεπιφανειών πολυμερών
