Konwersja pary w warstwy pianko-podobne

pianka

Polimery – podstawowy materiał bez którego nasza cywilizacja wyglądałaby zupełnie inaczej, począwszy od plastikowych butelek aż po krzesełka stadionowe, znajdują się bowiem w produktach handlowych, przemysłowych, medycznych – można by rzec w każdej sferze życia. Porowate tworzywa sztuczne zwane piankami polimerowymi są szczególnie użyteczne, gdyż łączą lekkość (niską gęstość) z wysokimi własnościami mechanicznymi. Naukowiec z University of Rochester opracował proces produkcji wysoce skonfigurowanych polimerowych warstw pianko-podobnych.

Proces opracowany przez Mitchell Anthamatten, inżynier chemii na Hajim University polega na wzroście pianek polimerowych bezpośrednio z fazy gazowej. Przy użyciu tego procesu naukowcy są w stanie otrzymywać polimerowe warstwy których gęstość i struktura porów jest zmienna w zależności od parametrów reakcji. Brzmi znajomo? Metoda jest udoskonaleniem dobrze znanego sposobu osadzania warstw z fazy gazowej CVD (Chemical Vapour Deposition) polegającego na wprowadzeniu reagentów gazowych do komory, a następnie osadzaniu ich w wyniku reakcji na ogrzanym podłożu materiału obrabianego. Przykładowymi zastosowaniami są warstwy TiC oraz TiN nanoszone na narzędzia skrawające wykonane z węglików spiekanych. Pozwala to na uzyskanie znakomitych własności wytrzymałościowych co rzutuje na przedłużenie żywotności narzędzia. Nowa metoda zwana ICVD (Initiated Chemical Vapour Deposition) opiera się o system w którym mieszanina gazów jest pompowana do komory reaktora z niskim ciśnieniem na zimne podłoże w celu pobudzenia do kondensacji. Jedna ze skondensowanych cieczy formuje materiał polimerowy (stała część pianki), podczas gdy drugi reagent na pewien czas zajmuje w pierwszym przestrzeń która w późniejszym etapie przekształca się w pory. Jedynym problemem jest to że oba reagenty nie mieszają się zbyt dobrze na podłożu – podobnie jak woda i olej. A jest to wymagane aby zaszedł proces krzepnięcia, zanim te dwie ciecze zaczną oddzielać się od siebie. Poprzez kontrolowanie szybkości krzepnięcia, można kontrolować wielkość i rozkład porów. Innymi słowy – im szybciej warstwa przechodzi w stan stały, tym mniejsze pory się uzyskuje.

Rozwiązanie optymalizacji procesu tkwi bezpośrednio w parametrach reakcji a mianowicie, szybkości wprowadzania gazu do komory, temperatury powierzchni materiału, na którym powłoka jest osadzana oraz zastosowania substancji chemicznej ułatwiającej przejście powłoki do stanu stałego. Regulując wyżej wymienione czynniki można otrzymać warstwy polimerów piankowych o różnej gęstości, grubości, i o zróżnicowanym kształcie i rozmiarach porów. “Proces jest wysoko konfigurowalny, co oznacza że możemy dokonać korekty w trakcie trwania reakcji, kształtując w ten sposób pożądaną strukturę porów oraz gęstość na którą bezpośrednio wpływają” – mówi Anthamatten. “W rezultacie możemy uzyskać struktury piankowe w miejscach trudnych do uzyskania jak np. zakrzywione powierzchnie” – dodaje. Polimery piankowe są szeroko stosowane w transporcie leków, jako implanty oraz warstwy w celach badań nad syntezą. Nowa metoda otwiera kolejne możliwości ich zastosowań o których z pewnością niebawem usłyszymy.

Źródła:
[1] Corecell is a structural foam core from Gurit BY Nick Cross, flickr.com, CC BY 2.0
[2] Ran Tao and Mitchell Anthamatten. Porous Polymers by Controlling Phase Separation during Vapor Deposition Polymerization. Macromolecular Rapid Communications, 9 OCT 2013 DOI: 10.1002/marc.201300566
[3] http://pl.wikipedia.org/wiki/Chemiczne_osadzanie_z_fazy_gazowej | 11.10.2013

Dodaj pierwszy komentarz

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *