Temperature dependence of surface free energy on polymers
Myllynen, Rauno (2019)
Myllynen, Rauno
2019
All rights reserved. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2019060314282
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2019060314282
Tiivistelmä
Jään ja biomateriaalin kertyminen erilaisille pinnoille aiheuttaa vuosittain mittaamattomat taloudelliset menetykset ilmailuliikenteelle, merenkululle ja energian siirrolle. Näiden ongelmien ratkaisemiseksi tehdään valtavasti tutkimusta, jossa Tampereen teknillisen yliopiston materiaalitekniikan laboratorio on osallisena. Laboratoriossa kehitetään pintaratkaisuja, jotka pinnan mikrorakenteen ja matalan pintaenergian ansiosta estävät arktisissa olosuhteissa jään muodostumista. Tässä oletuksena on jään käyttäytyvän saman tapaisesti pinnalla kuin veden, mutta ei ole ollut olemassa julkaistua tietoa, onko pintaenergialla riippuvaisuutta mittauslämpötilaan.
Tämän opinnäytetyön tavoitteena oli kehittää menetelmä polymeeristen kiinteiden näytteiden pintaenergian määrittämiseen matalissa lämpötiloissa. Tämän opinnäytetyön tarkoitus oli määrittää viiden polymeerimateriaalin (PE, UHMW-PE, PP, PTFE ja PU) pintaenergia muuttuvissa lämpötiloissa kontaktikulma-analysaattorilla käyttäen Peltier plate -tekniikkaa tutkittavien näytteiden lämpötilan säätämiseen ja täten pintaenergian mahdollinen lämpötilakorrelaatio.
Työssä määritettiin tutkittavien polymeerinäytteiden kontaktikulmaa veden, etyleeniglykolin ja dijodometaanin kanssa Peltier plate -tekniikalla huoneenlämmössä, +15 °C, +10 °C sekä +5 °C lämpötiloissa. Näistä mittaustuloksista laskettiin OWRK-menetelmällä näytemateriaaleille pintaenergiat kussakin lämpötilassa ja laadittiin kuvaajat mittauslämpötilan vaikutuksesta.
Työn tuloksena havaittiin trendi, jonka mukaisesti mittausnesteiden kontaktikulmat näytteiden kanssa pienenivät mittauslämpötilan madaltuessa. Tämä aiheuttaa pintaenergian kasvun näytteille lämpötilan laskiessa, mutta mittaustulosten pohjalta ei matemaattista kaavaa muutokselle voida vielä laatia.
Tutkimuksen jatkamiseksi täytyy mittausolosuhteita kehittää ilmankosteuden osalta, sillä tämä aiheutti ongelmia matalissa lämpötiloissa. Erityisesti tämä korostui, kun haluttiin näytteistä useampi mittaustulos samassa lämpötilassa, Tämä osoittautui pulmalliseksi Peltier platen pienen näytepöydän kanssa toimittaessa, sillä tämä mahdollisti vain kolmen pisaran mittaamisen, ennen kuin näytekammio piti avata ja näyte puhdistaa ennen uudelleen asettelua pöydälle. Myöskin näytteet tulee jatkossa laatia paremmin työhön sopivaksi, sillä 6-8 mm paksujen näytteiden lämpötilan muutos vei suuren osan mittausajasta.
Tämän opinnäytetyön tavoitteena oli kehittää menetelmä polymeeristen kiinteiden näytteiden pintaenergian määrittämiseen matalissa lämpötiloissa. Tämän opinnäytetyön tarkoitus oli määrittää viiden polymeerimateriaalin (PE, UHMW-PE, PP, PTFE ja PU) pintaenergia muuttuvissa lämpötiloissa kontaktikulma-analysaattorilla käyttäen Peltier plate -tekniikkaa tutkittavien näytteiden lämpötilan säätämiseen ja täten pintaenergian mahdollinen lämpötilakorrelaatio.
Työssä määritettiin tutkittavien polymeerinäytteiden kontaktikulmaa veden, etyleeniglykolin ja dijodometaanin kanssa Peltier plate -tekniikalla huoneenlämmössä, +15 °C, +10 °C sekä +5 °C lämpötiloissa. Näistä mittaustuloksista laskettiin OWRK-menetelmällä näytemateriaaleille pintaenergiat kussakin lämpötilassa ja laadittiin kuvaajat mittauslämpötilan vaikutuksesta.
Työn tuloksena havaittiin trendi, jonka mukaisesti mittausnesteiden kontaktikulmat näytteiden kanssa pienenivät mittauslämpötilan madaltuessa. Tämä aiheuttaa pintaenergian kasvun näytteille lämpötilan laskiessa, mutta mittaustulosten pohjalta ei matemaattista kaavaa muutokselle voida vielä laatia.
Tutkimuksen jatkamiseksi täytyy mittausolosuhteita kehittää ilmankosteuden osalta, sillä tämä aiheutti ongelmia matalissa lämpötiloissa. Erityisesti tämä korostui, kun haluttiin näytteistä useampi mittaustulos samassa lämpötilassa, Tämä osoittautui pulmalliseksi Peltier platen pienen näytepöydän kanssa toimittaessa, sillä tämä mahdollisti vain kolmen pisaran mittaamisen, ennen kuin näytekammio piti avata ja näyte puhdistaa ennen uudelleen asettelua pöydälle. Myöskin näytteet tulee jatkossa laatia paremmin työhön sopivaksi, sillä 6-8 mm paksujen näytteiden lämpötilan muutos vei suuren osan mittausajasta.