Ανάπτυξη, χαρακτηρισμός και έλεγχος λειτουργικότητας σύνθετων πολυμερικών υμενίων βασισμένων σε νανοδομές άνθρακα
Authors: Βισβίνη Γλυκερία 
Published: June 2024

Μια αξιοσημείωτη εφαρμογή των πολυμερικών νανοσύνθετων είναι ο σχεδιασμός διαπερατών μεμβρανών σε υδρατμούς. Οι “αναπνεύσιμες” μεμβράνες είθισται να δημιουργούνται με την ενσωμάτωση μικρο/νανοπληρωτικών, όπως το CaCO3, που διακόπτουν τη συνέχεια της πολυμερικής φάσης και όταν υποβάλλονται σε μονοαξονική ή διαξονική τάνυση αυτή η διαδικασία οδηγεί στο σχηματισμό μικρο/νανοπορωδών δομών. Επίσης, έχει αποδειχθεί ότι η ανάπτυξη της β-φάσης στο i-PP, παρουσία ενός παράγοντα πυρηνοποίησης και σε συνδυασμό με τη διεργασία του εφελκυσμού επίσης μπορεί να οδηγήσει στην παρασκευή μικροπορωδών μεμβρανών, που επιτρέπουν την διαπέραση υδρατμών. Οι 1D (CNTs) και οι 2D (GO, rGO, GNPs) νανοδομές άνθρακα σε συνδυασμό με έναν β-nucleating agent (β-ΝΑ) είναι μια πρόταση αντικατάστασης των κλασικών πληρωτικών μέσων που χρησιμοποιούνται για την δημιουργία “αναπνεύσιμων” μεμβρανών. Ο βασικός στόχος της παρούσας Διδακτορικής Διατριβής είναι, η μελέτη της ιδιότητας διαπέρασης υδρατμών συνθέτων πολυμερικών υμενίων PP, που εμπεριέχουν διάφορες αναλογίες β-ΝΑ και εγκλείσματα νανοδομών άνθρακα (MWCNTs, GO, rGO, GNPs). Επιπροσθέτως, η μελέτη των βασικών παραγόντων που επηρεάζουν την ιδιότητα της “αναπνευσιμότητας” ενός πολυμερικού υμενίου απουσία εφελκυσμού, όπως (i) ο διαφορετικός τρόπος κρυστάλλωσης (ρυθμός ψύξης) που εφαρμόζεται κατά την παρασκευή του σύνθετου υμενίου, (ii) το ποσοστό κρυσταλλικότητας (ποσοστό κρυσταλλικών φάσεων) του πολυμερούς, (iii) τα είδη των εγκλεισμάτων (1D και 2D νανοδομές άνθρακα με διαφορετικά χαρακτηριστικά) που χρησιμοποιούνται καθώς και (iv) η διαφορετική διαδικασία παραγωγής αυτών (εργαστηριακή κλίμακα, βιομηχανική κλίμακα). Ο χαρακτηρισμός και η μελέτη των ιδιοτήτων των νέων σύνθετων πολυμερικών υμενίων επιτυγχάνεται μέσω των αντίστοιχων τεχνικών. Συγκεκριμένα, οι θερμικές ιδιότητές τους μελετήθηκαν με την τεχνική της Διαφορικής θερμιδομετρίας Σάρωσης (DSC), ενώ η μελέτη της δομής και της κρυσταλλικής συμπεριφοράς τους έγινε μέσω της τεχνικής περίθλασης ακτίνων Χ (XRD). Ο μορφολογικός χαρακτηρισμός τους έγινε μέσω του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σάρωσης (SEM). Για το θερμικό χαρακτηρισμό των νανοδομών άνθρακα χρησιμοποιήθηκε η τεχνική της θερμοσταθμικής ανάλυσης (TGA), ενώ για το χημικό και δομικό χαρακτηρισμό τους, πέρα από την τεχνική XRD, χρησιμοποιήθηκε η φασματοσκοπία micro-Raman, η φασματοσκοπία υπερύθρου FTIR, αποσβένουσας ολικής ανάκλασης (ATR), καθώς και η φασματοσκοπία φωτοηλεκτρονίων ακτίνων Χ (XPS). Επίσης, οι χημικά τροποποιημένοι νανοσωλήνες άνθρακα (MWCNT-g-PP) και τα GO, που χρησιμοποιήθηκαν ως νανοεγκλείσματα στην παρασκευή των σύνθετων πολυμερικών υμενίων PP, μελετήθηκαν για την πιθανή κυτταροτοξικότητά τους, μέσω της in vitro έκθεσης και για την πιθανή αποδέσμευση στο περιβάλλον. Οι ιδιότητες ‘’αναπνευσιμότητας’’ των σύνθετων πολυμερικών υμενίων, αξιολογήθηκαν με μετρήσεις διαπίδυσης υδρατμών σε εργαστηριακή διάταξη ελεγχόμενης υγρασίας, σύμφωνα με τη μέθοδο «υγρού δοχείου» (wet cup method). Τέλος, όλα τα παραγόμενα σε εργαστηριακή κλίμακα σύνθετα πολυμερικά υμένια, συγκρίθηκαν με πιλοτικού τύπου & εμπορικές μεμβράνες, που παρασκευάστηκαν από τις βιομηχανίες Thrace Polyfilms SA (εταιρεία του ομίλου Πλαστικών Θράκης) (ΠΛ-ΘΡ) και ΠΛΑΣΤΙΚΑ ΚΡΗΤΗΣ Α.Ε. (ΠΛ-ΚΡ).Τα νέα αυτά “αναπνεύσιμα” σύνθετα πολυμερικά υμένια, θα μπορούσαν να εφαρμοστούν είτε (i) ως μεμβράνες οροφής ενός κτιρίου, οι οποίες θα επιτρέπουν στους υδρατμούς να διαπερνούν μέσα από αυτές και θα αποφεύγουν τη συσσώρευση υγρασίας ή/ και (ii) ως μεμβράνες ελέγχου υγρασίας, οι οποίες θα είναι ικανές να εμποδίζουν τους υδρατμούς που παράγονται στο κτίριο να διαχέονται ελεύθερα προς την οροφή (τοίχο, δάπεδο) και να ελαχιστοποιούν την απώλεια θερμότητας μέσω μεταφοράς.