Ανάπτυξη πολυουρεθανικών επιστρωμάτων με ιδιότητες αυτοΐασης
Authors: Αβδελιώδη Ευτέρπη 
Published: December 2024

Οι πολυουρεθανικές επιστρώσεις με ιδιότητες αυτοΐασης (self-healing) έχουν προσελκύσει μεγάλο ερευνητικό ενδιαφέρον την τελευταία δεκαετία. Τα αυτοϊάσιμα πολυμερή κατηγοριοποιούνται ως έξυπνα υλικά, τα οποία είναι ικανά να προστατεύουν την επιφάνεια και να αποτρέπουν δομικές αστοχίες. Για να χαρακτηριστεί ένα υλικό αυτοϊάσιμο εμπλουτίζεται με ενδογενή ή/και εξωγενή υλικά, που παρέχουν τις ιδιότητες αυτές. Σε πολλές περιπτώσεις, η αυτοΐαση της μήτρας επιτυγχάνεται μέσω της διασποράς σχεδιασμένων πολυμερικών μικροκαψουλών, που περιέχουν μια δραστική επουλωτική ουσία στον πυρήνα τους. Αυτού του είδους η προσθήκη χαρακτηρίζεται ως εξωγενής. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή, διερευνάται, αρχικά, ο σχεδιασμός ενός νέου τύπου πολυμερικών μικροκαψουλών. Οι μικροκάψουλες αποτελούνται από ένα σύνθετο κέλυφος πολυουρίας και τη δραστική ουσία διασπαρμένη στον πυρήνα, σε συνδυασμό με μία ρητίνη φαινόλης/φορμαλδεϋδης. Η σύνθεσή τους πραγματοποιείται μέσω πολυμερισμού γαλακτώματος ελαίου-σε-νερό (oil-in-water emulsion polymerization), όπου κυριαρχεί ένα ετερογενές σύστημα δύο μιγμάτων, μιας υδατικής και μιας οργανικής φάσης. Συνολικά μελετήθηκαν έξι διαφορετικοί εγκλωβισμοί δραστικών ενώσεων σε κέλυφος πολυουρίας. Τέτοια παραδείγματα είναι (α) μικρά μόρια, όπως η διισοκυανική ισοφορόνη (IPDI) και το διισοκυανικό εξαμεθυλένιο (HDI) και (β) φυσικής προέλευσης μόρια, όπως τρεις διαφορετικοί τύποι ελαίων (ελαιόλαδο, έλαιο ρετσινολαδιάς και σογιέλαιο), αλλά και γ) λειτουργικά πολυμερή, όπως το συμπολυμερές του ακρυλικού βουτυλεστέρα και του μεθακρυλικού γλυκιδυλεστέρα, P(BA–co–GMAx). Σε όλα τα πρωτόκολλα που αναπτύχθηκαν, μελετήθηκαν διεξοδικά οι περισσότερες από τις παραμέτρους της αντίδρασης, καθώς έχει βρεθεί ότι το μέγεθος και το σχήμα των μικροκαψουλών ελέγχεται από τις συνθήκες του πολυμερισμού και την αναλογία αντιδραστηρίων. Στην περίπτωση του συμπολυμερούς δοκιμάστηκαν διάφορες συστάσεις και έγινε βελτιστοποίηση της δράσης τους ως επουλωτικά υλικά. Επίσης, έχει αναπτυχθεί ανεξάρτητο πρωτόκολλο ποσοτικοποίησης της ενεργούς, ενθυλακωμένης ένωσης για το κάθε είδος κάψουλας που παρασκευάζεται, με χρήση κατάλληλων τεχνικών χαρακτηρισμού (ATR-FTIR και UV-Vis) ανάλογα την ενεργή ουσία που έχει εγκλωβιστεί. Πραγματοποιήθηκε, επίσης, εμπεριστατωμένη μελέτη για τη βελτιστοποίηση του πρωτοκόλλου σύνθεσης των μικροκαψουλών, επικεντρώνοντας στο κέλυφος της πολυουρίας. Στόχος είναι η δημιουργία ενός στιβαρού κελύφους. Όμως, η περαιτέρω πρόκληση που δημιουργείται είναι η τροποποίηση του κελύφους επιφανειακά, δημιουργώντας ένα επιπλέον στρώμα, εξωτερικά της πολυουρίας εμπλουτισμένο με λειτουργικές ομάδες. Ουσιαστικά, με αυτό τον τρόπο προσδίδονται στις μικροκάψουλες επιπλέον ιδιότητες. Αυτό επιτεύχθηκε αξιοποιώντας λειτουργικά συμπολυμερή, τα οποία δρουν ταυτόχρονα ως γαλακτωματοποιητές κατά τη διάρκεια του πολυμερισμού γαλακτώματος. Τέλος, τα περισσότερα από τα είδη των καψουλών που σχεδιάστηκαν και παρασκευάστηκαν στην παρούσα διδακτορική διατριβή, ενθωματώθηκαν σε επιφάνειες πολυουρεθάνης, προκειμένου να αξιολογηθούν οι ικανότητες αυτοΐασης (self-healing) των υλικών αυτών. Σε κάποιες περιπτώσεις βρέθηκε ότι τα νέα αυτά υλικά προσδίδουν ικανοποιητικές ιδιότητες αυτοΐασης σε επιλεγμένες πολυουρεθανικές επικαλύψεις, ενδεχομένως υπό την επίδραση εξωτερικών παραγόντων όπως η υγρασία και η θερμοκρασία.