Optimiert durch Molekulardynamik-Simulation: Herstellung transparenter, leicht zu reinigender Beschichtungsformulierungen
Untersuchung der Copolymerisation von Polyvinylacetat mit Polydimethylsiloxan auf leicht zu reinigendes Beschichtungsmaterial.
In der Polymerindustrie werden zunehmend Molekulardynamik-Simulationen zur Vorhersage von Zieleigenschaften eingesetzt, bevor eine Materialformulierung und Produktentwicklung durchgeführt wird. Eine aktuelle Untersuchung widmet sich dem Auswirkungen der Copolymerisation von Poly(vinylacetat) (PVAc) mit Poly(dimethylsiloxan) (PDMS) bei der Entwicklung eines geeigneten, leicht zu reinigenden polymeren Beschichtungsmaterials sowohl durch Simulation als auch durch experimentelle Validierung.
Simulationsschätzungen validieren
PDMS-g-PVAc mit verschiedenen Gewichtsprozenten PVAc wurde molekular simuliert und die Reinigungsfreundlichkeit durch Abschätzung von Eigenschaften wie Oberflächenenergie, Substrathaftung und Transparenz bewertet. Anschließend wurde das voroptimierte 20 Gew.-%-PDMS-g-PVAc experimentell synthetisiert, auf ein Substrat aufgebracht und charakterisiert, um die Simulationsschätzungen auf der Basis seines thermischen, optischen und Oberflächenverhaltens zu validieren.
Interessanterweise wurden Eigenschaften wie Glasübergangstemperatur (Tg), Transparenz und Wasserkontaktwinkel (WCA) sowie die Transparenz des optimierten PDMS-g-PVAc in guter Übereinstimmung mit den experimentellen Ergebnissen gefunden. Zusätzlich wurde festgestellt, dass die Oberflächenbedeckung der Methyl (-CH3)- und Acetat (-OCOCH3)-Gruppen in PDMS-g-PVAc die Oberflächen- und Grenzflächeneigenschaften stark beeinflussen, was durch die Ergebnisse der Oberflächen- und Al-Substrat-Wechselwirkungsenergie bestätigt wurde.
Die Simulationsprotokolle lassen auf Zuverlässigkeit schließen, da sie enge Übereinstimmungen der simulierten Dichte, des Löslichkeitsparameters, des Brechungsindex und der WCA von unberührten PDMS und PVAc mit den berichteten experimentellen Werten zeigen.
Alternatives Material zu Fluorpolymeren
Im Vergleich zu Poly(tetrafluorethylen) (PTFE) wurde festgestellt, dass das optimale nicht-fluorbasierte Pfropfcopolymer einen ähnlichen oder verbesserten thermischen Abbau, Transparenz, Oberflächenenergie und WCA aufweist. Es wird angenommen, dass die Bedeutung dieser Arbeit die Verwendung des Pfropfcopolymers mit 20 Gew.-% PVAc in PDMS (PDMS-g-PVAc) als alternatives Material zu Fluorpolymeren für die Anwendung als leicht zu reinigende Beschichtungen erweitert.
Die Studie wurde veröffentlicht in Progress in Organic Coatings, Volume 136, November 2019, 105306.