Monomeerin rakenteen ja ainemäärän vaikutus superhuokoisen hydrogeelikomposiitin ominaisuuksiin
Haantio, Emma (2022)
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2022113025232
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2022113025232
Tiivistelmä
Insinöörityön tavoitteena oli parantaa Sooma Oy:n valmistaman superhuokoisen hydrogeelikomposiitin laatua ja tuotannon kustannustehokkuutta. Tätä varten työssä selvitettiin, koeputkiskaalassa testaamalla, saataisiinko vähintään yhtä laadukasta ja pienempikustanteista superhuokoista hydrogeelikomposiittia, jos superhuokoisessa hydrogeelikomposiitissa olevan monomeerin, 3-sulfopropyyliakryylaatti kaliumsuolan (SPAK), ainemäärää vähennettäisiin tai lisättäisiin, tai jos se korvattaisiin toisella edullisemmalla ja helpommin saatavilla olevalla monomeerillä. Lisäksi yritettiin selvittää, mikä funktionaalinen ryhmä SPAKissa vaikuttaa sen superhuokoiselle hydrogeelikomposiitille antamiin ominaisuuksiin.
Työssä selvitettiin kolmen eri monomeerin – 3-sulfopropyyliakrylaatin (SPAK), 3-sulfopropyylimetakrylaatin kaliumsuolan (SPM) ja 2-(N-3-sulfopropyyli-N,N-dimetyyli ammonium)etyylimetakrylaatin (SPE) ainemäärän vaihtelun vaikutusta superhuokoisen hydrogeelikomposiitin saantoprosenttiin, tiheyteen, veden sitomiskykyyn, sähkönjohtavuuteen ja mekaaniseen kestävyyteen. Eri monomeerein ja eri ainemäärin valmistettujen superhuokoisten hydrogeelikomposiittien ominaisuuksien muutoksia pyrittiin selittämään kokeiden lisäksi tieteellisten aineistojen avulla.
Tulosten perusteella SPAKia on superhuokoisessa hydrogeelikomposiitissa sopiva ainemäärä ja se valikoitui monomeeriksi sulfonaattiryhmänsä hyvän ionisoitumiskyvyn takia. Superhuokoisten hydrogeelikomposiittien, jotka valmistettiin SPM:llä tai SPE:llä, ominaisuudet olivat parhaimmillaan monomeerin ainemäärän ollessa minimissään. SPE:stä valmistetuttujen superhuokoisten hydrogeelikomposiittien vedensitomiskyky ja kestävyys eivät olleet ylipäätään kuitenkaan lähes yhtä hyviä, kuin SPAKilla ja SPM:llä valmistetuilla superhuokoisilla hydrogeelikomposiiteilla. Tämän perusteella olisi suotavaa tehdä jatkotutkimuksia, joissa valmistetaan superhuokoisia hydrogeelikomposiitteja pienemmillä ainemäärillä SPM:ää, kuin työssä käytettiin.
Työssä saatiin määritettyä, miten monomeerin tyypin ja ainemäärän muutokset vaikuttavat superhuokoisen hydrogeelikomposiitin ominaisuuksiin. Määrityksiä voidaan käyttää pohjana superhuokoisten hydrogeelikomposiittien tuotekehityksessä.
Työssä selvitettiin kolmen eri monomeerin – 3-sulfopropyyliakrylaatin (SPAK), 3-sulfopropyylimetakrylaatin kaliumsuolan (SPM) ja 2-(N-3-sulfopropyyli-N,N-dimetyyli ammonium)etyylimetakrylaatin (SPE) ainemäärän vaihtelun vaikutusta superhuokoisen hydrogeelikomposiitin saantoprosenttiin, tiheyteen, veden sitomiskykyyn, sähkönjohtavuuteen ja mekaaniseen kestävyyteen. Eri monomeerein ja eri ainemäärin valmistettujen superhuokoisten hydrogeelikomposiittien ominaisuuksien muutoksia pyrittiin selittämään kokeiden lisäksi tieteellisten aineistojen avulla.
Tulosten perusteella SPAKia on superhuokoisessa hydrogeelikomposiitissa sopiva ainemäärä ja se valikoitui monomeeriksi sulfonaattiryhmänsä hyvän ionisoitumiskyvyn takia. Superhuokoisten hydrogeelikomposiittien, jotka valmistettiin SPM:llä tai SPE:llä, ominaisuudet olivat parhaimmillaan monomeerin ainemäärän ollessa minimissään. SPE:stä valmistetuttujen superhuokoisten hydrogeelikomposiittien vedensitomiskyky ja kestävyys eivät olleet ylipäätään kuitenkaan lähes yhtä hyviä, kuin SPAKilla ja SPM:llä valmistetuilla superhuokoisilla hydrogeelikomposiiteilla. Tämän perusteella olisi suotavaa tehdä jatkotutkimuksia, joissa valmistetaan superhuokoisia hydrogeelikomposiitteja pienemmillä ainemäärillä SPM:ää, kuin työssä käytettiin.
Työssä saatiin määritettyä, miten monomeerin tyypin ja ainemäärän muutokset vaikuttavat superhuokoisen hydrogeelikomposiitin ominaisuuksiin. Määrityksiä voidaan käyttää pohjana superhuokoisten hydrogeelikomposiittien tuotekehityksessä.