Υπερυδρόφοβο Paraloid B72 με χρήση νανοσωματιδίων
Creators: name: Ντέλια, Ελένη Γεωργίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2019
Subjects: Υπερυδρόφοβες επιφάνειες
Σύνθετα υμένια πολυμερούς – νανοσωματιδίων
Προστασία και συντήρηση μνημείων πολιτισμού και έργων τέχνης
Super hydrophobic surfaces
Polymer nanoparticle composite coatings
Protection and conservation of monuments of cultural heritage and works of art

description: Η πληθώρα των παραδοσιακών και σύγχρονων κατασκευών που εκτίθενται στη διαρκώς αυξανόμενη ατμοσφαιρική ρύπανση του περιβάλλοντος, η οποία επιφέρει φθορές και διαβρώσεις στα δομικά υλικά, καθιστά αναγκαία την ανάπτυξη καινοτόμων υλικών προστασίας, στερέωσης και αυτοκαθαρισμού των δομικών υλικών. Το αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η παρασκευή προστατευτικών υπερυδρόφοβων υμενίων, και η εξέταση της δυνατότητας εφαρμογής τους αρχικά, σε μνημεία πολιτισμού αλλά και σε σύγχρονες κατασκευές. Κύριο στόχο αποτέλεσε η διερεύνηση της αποτελεσματικότητας της προσθήκης υδρόφιλων νανοσωματιδίων διοξειδίου του πυριτίου στο ευρείας χρήσης υδρόφιλο ακρυλικό πολυμερές (Paraloid B72) και η εξέταση των αλλαγών που προκάλεσαν στη μορφολογία των διαφόρων υποστρωμάτων, στα οποία εφαρμόστηκαν τα νανοσύνθετα αυτά υλικά. Δεδομένου του γεγονότος ότι για την κατασκευή και δημιουργία έργων τέχνης έχει χρησιμοποιηθεί πληθώρα υλικών, μελετήθηκε η αποτελεσματικότητα των υμενίων σε υποστρώματα μαρμάρου, ξύλου, ορείχαλκου και ύαλου. Αξιολογήθηκε η προστατευτική τους ικανότητα, η χημική και θερμική αντοχή τους. Τα νανοσύνθετα υλικά που παράχθηκαν είχαν ποικίλες περιεκτικότητες σε νανοσωματίδια. Τα πειράματα που διεξήχθησαν αφορούσαν κυρίως μετρήσεις των στατικών γωνιών επαφής των σύνθετων υμενίων ως συνάρτηση της συγκέντρωσης των νανοσωματιδίων, μετρήσεις του χρώματος των υποστρωμάτων, αντοχή σε μεγάλο εύρος pH, σε συνεχή παραμονή στο νερό και έλεγχος της συγκολλητικής δράσης και της σταθερότητας της δομής του υμενίου. Η μορφολογία των υμενίων εξετάστηκε μακροσκοπικά και μικροσκοπικά και έγινε περιγραφή του αντικειμένου και της παθολογίας του. Η εξέταση έγινε αρχικά σε οπτικό μικροσκόπιο, κατόπιν σε ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης (SEM) καθώς και σε οπτική τομογραφία συνοχής (OCT). Σύμφωνα με τις πειραματικές μετρήσεις και παρατηρήσεις ο σχηματισμός τραχύτητας του υδρόφιλου ακρυλικού πολυμερούς σε συνδυασμό με νανοσφαιρίδια διοξειδίου του πυριτίου στα υποστρώματα, αύξησε τις γωνίες επαφής με το νερό μετατρέποντάς τα υλικά σε υδρόφοβα και υπερυδρόφοβα (&amp;gt;150o). Ενισχύθηκαν έτσι οι ιδιότητες του ακρυλικού πολυμερούς και κατ’ επέκταση η προστασία των εν λόγω υλικών. Έμφαση δόθηκε στην διερεύνηση και τον σχεδιασμό της βέλτιστης πειραματικής σύνθεσης του υλικού προστασίας, ώστε να ικανοποιεί τα κριτήρια που πρέπει να πληρούν τα προστατευτικά υλικά που εφαρμόζονται σε έργα τέχνης. Με βάση τα αποτελέσματα μέσω των δοκιμών χημικής και θερμικής αντοχής, τα υμένια αποδείχθηκαν ανθεκτικά σε μεγάλο εύρος pH, παρουσίασαν αντοχή κατά την έκθεσή τους στο νερό και σε θερμοκρασία μέχρι και τους 250οC. Περαιτέρω μελέτη θα πρέπει να διεξαχθεί για την ενίσχυση της συγκολλητικής δράσης των υμενίων. Παρατηρήθηκαν χρωματικές μεταβολές στα υποστρώματα, πράγμα το οποίο καθιστά απαραίτητη την περαιτέρω μελέτη για βελτιστοποίηση των χρωματικών μεταβολών.
description: The development of innovative materials for the protection, consolidation and self- cleaning property of building materials has become indispensable due to the plethora of traditional and contemporary constructions exposed to the increasing atmospheric pollution which causes decay and corrosion. The aim of this dissertation lies within the preparation of protective superhydrophobic coatings and the examination of their applicability on natural stone materials, used in cultural heritage monuments, as well as on materials used in contemporary constructions. The objective of this study is the investigation of the effectiveness of a nanocomposite coating which is composed by a widely used hydrophilic acrylic polymer (Paraloid B72) and hydrophilic nanoparticles (primarily silica nanoparticles). The effects of this nanocomposite material on the morphology of the treated surfaces-substrates are studied as well. Considering that many materials have been used in works of art and monuments, the efficiency of the nanocomposite coatings on marble, wooden, bronze and glass surfaces is studied. The protective efficacy and the chemical and thermal resistance of the coatings are evaluated. Nanocomposite coatings were produced using various nanoparticle concentrations. Measurements of the static contact angles of water drops were carried out as a function of the nanoparticle concentration. Moreover, color measurements of the treated specimens were carried out, as well as contact angle measurements using drops of different pH. The adhesion of the coatings was evaluated. The surface morphologies of the coated substrates were studied macroscopically and microscopically using Optical Microscopy, Scanning Electron Microscopy (SEM) and Optical Coherence Tomography (OCT). According to the experimental results, the roughness formation of the hydrophilic acrylic polymer, in combination with hydrophilic silica nanoparticles, resulted in an increase of the contact angles, converting the nanocomposite material to hydrophobic and superhydrophobic (&gt;150o). Hence, nanoparticles enhanced the protection of these treated substrates. Emphasis was given in investigating and designing an optimal experimental procedure for the composition of a polymer nanoparticle composite coating in the laboratory, which would meet the performance criteria of art works and monument protection. Based on the results through chemical and thermal resistance tests, the treated samples have a higher resistance when exposed to high temperature or solutions of various pH levels, in comparison to the untreated ones. Attention should be placed on enhancing the adhesive action of coatings. Color changes were observed on the substrates, which makes further research necessary in order to optimize chromatic changes.