Thin films of wood polymer blends

Abstract

Tämän diplomityön tarkoituksena on tuottaa perustietoa puupolymeeriseosten ohutkalvoista.

Kirjallisuusosassa tutustutaan ensin keskeisiin käsitteisiin: puupolymeereihin, polymeeriseoksiin ja ohutkalvoihin. Työssä paneudutaan erityisesti ohutkalvojen morfologiaa ja sen muodostumista käsittelevään kirjallisuuteen. Oleellisia asioita ohutkalvojen morfologian muodostumisessa ovat spin coating -prosessin parametrit, faasierottuminen sekä vetäytyminen. Kirjallisuusosan lopussa käsitellään lyhyesti käytettyjen tutkimusmenetelmien teoriaa.

Kokeellisessa osassa tutkittiin aluksi selluloosan ja ksylaanin liuotusta dimetyyliasetamidi/litiumkloridi -liuottimeen sekä syntetisoitiin trimetyylisilyyliselluloosaa (TMSC). Seuraavaksi valmistettiin TMSC:n ja polystyreenin (PS) sekä selluloosan ja ksylaanin ohuita seoskalvoja spin coating -tekniikalla. Selluloosan ja polystyreenin kalvoja valmistettiin seossuhteilla PS/TMSC 1:5, 1:10, 1:20, 1:50 ja 1:100. Selluloosa/ksylaani -kalvoja tehtiin seossuhteilla 1:10, 1:5, 1:1, 1:5 ja 1:10. Lisäksi valmistettiin puhtaan selluloosan ja ksylaanin ohutkalvoja. Kalvojen pinnan morfologiaa tutkittiin atomivoimamikroskopialla, kemiaa tutkittiin fotoelektronispektroskopialla ja pinnoista mitattiin kontaktikulmia, joista laskettiin pintaenergiat.

PS/TMSC -kalvot muodostavat spin coating -käsittelyn aikana sekä vaaka- että pystysuuntaan faasierottuneen morfologian. Kun TMSC hydrolysoidaan selluloosaksi kaasufaasissa ja PS liuotetaan tolueenilla, saadaan huokoista selluloosaa. Pintoja tutkittiin eri vaiheissa. Huokosten mitat riippuvat alkuperäisen spin coating -liuoksen seossuhteesta. Pienellä PS-konsentraatiolla saadaan pienempiä huokosia. Myös kalvojen muut ominaisuudet, kuten hydrofiilisyys ja PS:n peittoaste, riippuvat spin coating -liuoksen seossuhteesta. Hydrofiilisyys vähenee ja peittoaste suurenee, kun PS:n osuus kalvoissa kasvaa.

Selluloosa/ksylaani -kalvoissa ei käytetyillä tutkimusmenetelmillä näy vaakasuuntaista faasierottumista millään seossuhteella. Pystysuuntaisesta faasierottumisesta antaa viitteitä erityisesti kontaktikulmamittausten tulokset. Todennäköisesti selluloosa rikastuu substraatin pintaan ja ksylaani lähelle ilman rajapintaa. Selluloosan ja ksylaanin seoskalvot vetäytyvät pienillä selluloosamäärillä, vaikka puhtaasta ksylaanista onnistuttiin valmistamaan kalvo, joka ei vetäytynyt. Pintojen hydrofiilisyys, kokonaispintaenergia ja pintaenergian poolinen komponentti kasvavat kun ksylaanin osuus polymeeriseoksessa kasvaa.