Drukuj

Nowe metody badania właściwości powierzchniowych materiałów polimerowych

Nowe metody badania właściwości powierzchniowych materiałów polimerowych
Ciągły rozwój technologii, ulepszanie procedur syntezy i wytwarzania, nieustannie prowadzi do powstawania materiałów polimerowych nowszych generacji, charakteryzujących się coraz lepszymi cechami. Badania ich właściwości fizycznych, mechanicznych, cieplnych i elektrycznych są składowymi procesu oceny jakości tych materiałów.

Analizy pomiarów lepkości, masy cząsteczkowej, oznaczanie stopnia krystaliczności, składu tworzywa i wielu innych pełnią kluczową rolę wpływając bezpośrednio na kierunki ich zastosowania, bezpieczeństwo czy też oddziaływanie na środowisko. Bezpośrednio wpływają więc również na powtarzalność, jakość i niezawodność wyrobu finalnego.

Niezależnie od rodzaju warstwy wierzchniej materiałów polimerowych sprawą kluczową z punktu widzenia oddziaływań z tą powierzchnią są zjawiska na granicy faz powierzchnia / środowisko zewnętrzne. Te właściwości powierzchniowe determinują hydrofobowość, hydrofilowość, zwilżalność, polarność, adhezję itp. a jednym z ważniejszych parametrów wpływających na zjawiska powierzchniowe, dzięki któremu można pewne oddziaływania kontrolować, jest potencjał powierzchniowy - potencjał zeta. Tego typu badania stanowią nowość nie tylko naukową ale po odpowiednim opracowaniu procedur mogą się przyczynić do szybszej i dokładniejszej oceny właściwości warstwy wierzchniej materiałów polimerowych.

Metody badania powierzchni ciał stałych

Metody badania powierzchni materiałów polimerowych opierają się zasadniczo na technikach spektroskopowych i mikroskopowych. Wśród metod spektroskopowych bardzo ważną grupę metod badania powierzchni odgrywa analiza międzyfazowa, do której zalicza się pomiary potencjału zeta istniejącego na granicy faz (adsorpcyjnej i dyfuzyjnej) cząsteczki, znajdującej się w małej odległości od powierzchni.

Dzięki istnieniu potencjału zeta na powierzchni ciecz/ciało stałe gromadzą się ładunki elektryczne, co w następstwie powoduje tworzenie się elektrycznej warstwy podwójnej. Ładunki ujemne obecne na powierzchni polimeru lub cząstki koloidalnej są zobojętniane kationami elektrolitu tworząc ich trwałą warstwę (warstwę Sterna), natomiast pozostałe grupy oddziałują z kationami znajdującymi się w pewnej odległości i tworzącymi warstwę ruchomą. W ten sposób tworzy się dyfuzyjna warstwa podwójna kationów. Grubość warstwy dyfuzyjnej zależy od stężenia jonów w roztworze. W jakiejkolwiek odległości od powierzchni gęstość ładunku jest równa różnicy pomiędzy stężeniem dodatnich i ujemnych jonów, co skutkuje powstaniem potencjału elektrycznego (napięcie powstające przez separację ładunków). Potencjał ten ma najwyższą wartość w pobliżu powierzchni i spada do zera wraz ze wzrostem odległości. Potencjał zeta jest zatem potencjałem powstającym na płaszczyźnie ścięcia pomiędzy warstwą Sterna i warstwą dyfuzyjną i bezpośrednio wskazuje ilość energii jaka jest niezbędna do złączenia się dwóch cząstek obdarzonych ładunkiem.

Jako międzyfazowy parametr potencjał zeta wpływa bezpośrednio na właściwości powierzchni stałych, determinuje ich ładunek i właściwości adsorpcyjne powierzchni, co znajduje zastosowanie w dziedzinach nauki takich jak: fizyka, chemia, biotechnologia, medycyna oraz w badaniach procesów technologicznych. Pomiary potencjału zeta są wykorzystywane do charakterystyki naturalnych i syntetycznych włókien, membran, filtrów czy też biomateriałów.