| Overfladeteknologi RadiSurfs kemitekniske baggrund Vedhæftning til metallet - den elektrokemiske overflademodifikation Dannelsen af de kemiske bindinger til metallet sikres ved det første trin i processen (trin 1 på figur 1), hvis kemiske indhold er nærmere beskrevet i figur 2. Først reduceres et diazoniumsalt1) elektrokemisk i en opløsning til det tilsvarende arylradikal. Dette ekstremt reaktive radikal angriber dernæst metaloverfladen, hvorved stærke og reelle kemiske bindinger mellem metallet og det organisk lag dannes2). Det faktum, at reduktionen foregår ved en overflade, sikrer, at arylradikalerne kun frembringes lige ved denne (inden for få mikrometre) og ikke i hele opløsningen. Dette har den store fordel, at forbruget af reaktanter i opløsningerne bliver meget lille. Derfor vil den fremstillede opløsning med diazoniumsaltet kunne bruges gentagne gange. En anden fordel ved den elektrokemiske modifikation er, at den sker ved en negativ spænding, hvilket muliggør, at mange mindre ædle metaller som eksempelvis rent jern kan modificeres. Diazoniumsaltet kan endvidere fremstilles med en række vidt forskellige kemiske substituenter påsat, hvilket tillader en fintuning af de kemiske egenskaber. Selv store molekyler som beta-cyclodextriner3) og meget tykke primerlag kan bindes på overfladen4). Figur 4 illustrerer effekten af overflademodifikationen på rustfrit stål. Prøven yderst til venstre er en poleret, men umodificeret, rustfri ståloverflade, hvor det naturlige oxidlag ses at danne en hydrofil overflade. Prøven i midten er udover den tilsvarende polering også blevet modificeret via diazonium-metoden med et organisk lag bestående af 2-hydroxyethylphenyl grupper, der, som forventet, gør overfladen mindre hydrofil (»vandelskende«). For prøven til højre er der yderligere blevet syntetiseret PMMA-polymerbørster på toppen af det organiske lag, hvilket i endnu højere grad mindsker overfladens hydrofilicitet. Figur 2. Skema over de kemiske reaktioner i den elektrokemiske overflademodifikation (X = CH2CH2OH). Ved den elektrokemiske reduktion sker en overførelse af elektroner fra metaloverfladen til diazoniumsaltet ved at påtrykke metallet en spænding. I praksis styres og studeres denne proces ved brug af teknikken, cyklisk voltammetri, som illustreret i figur 3. På det første reduktive scan ses en reduktionsbølge ved -0,5 V vs. SCE, som indikerer dannelsen af arylradikaler. På næste reduktive scan viser elektroden tydelig tegn på passivisering, idet den reduktive strøm er stærkt reduceret, dvs. filmdannelse foregår. Efter yderligere scans bliver elektroden fuldstændig dækket af en 5-10 nm tyk isolerende organisk film. Vedhæftning til plasten På plastsiden er opgaven mere kompleks end på metalsiden. Det skyldes primært, at polymererne har meget forskellige fysiske (fx semikrystallinske vs amorfe) og kemiske egenskaber. Overflademodifikationen skal derfor i sin nuværende form tilpasses den enkelte polymer, idet vi arbejder med de såkaldte 1) reaktive og 2) opblandende overflader. I det første tilfælde vil phenylsubstituenterne kunne indgå i en direkte kemisk reaktion med polymeren og derved binde denne til metallet, hvis reaktionsbetingelserne vel at mærke er optimale (temperatur, fugtighed osv.). Det har vist sig udfordrende at få dette til at give virkelige stærke vedhæftninger, selv om 30-50 procent forøgelse er fundet i de mest favorable tilfælde. Retfærdigvis skal det nævnes, at målingerne af vedhæftningsstyrken ofte foretages, efter prøverne har været udsat for stærkt korrosive betingelser, hvor begyndende korrosion i metallet forårsager, at bruddet snarere sker her end i selve sammenføjningslaget5). Den anden metode beror på brugen af substituenterne på phenylringen som reaktanter/initiatorer, hvorfra en polymerisation kan udgå til fremstilling af overfladebundne polymerbørster med længder i nanometer skala. I den sammenhæng kan 18 Figur 3. Eksempel på et cyklisk voltammogram optaget under modifikation af rustfrit stål. Plast Panorama nr. 6 - 2014 LEVERANDØRREGISTER Find din leverandør her!
Download PDF fil
Se arkivet med udgivelser af Plast Panorama her
TechMedias mange andre fagblade kan læses her