Valoaktiivisen aineen sitoutumistavan vaikutus nestekide-elastomeerin liikkeeseen ja ominaisuuksiin

Abstract

Tässä työssä tutkittiin nestekide-elastomeereja (LCE). Nestekide-elastomeereissa käytetyt väriaineet olivat Disperse Red 1 (DR1), joka on doupattu muuhun LCE-rakenteeseen, ja DR1-akrylaatti, joka on kovalenttisesti sitoutunut LCE-rakenteeseen. Näytteet valopolymerisoitiin yksivaiheisella reaktiolla. Polymerointi suoritettiin lasikennossa, jolla kontrolloitiin nestekiteiden järjestystä. LCE-rakenteisiin voidaan synnyttää liikettä ulkoisen ärsykkeen avulla. Tässä työssä tarkasteltu liike oli taipumista näytteen pitkittäisessä suunnassa, mikä saatiin aikaan valolla. Aktuaatio eli taipuminen on käytetyillä väriaineilla fototermistä eli valon lämpövaikutuksesta aiheutuvaa. Väriaine muuttaa valon lämmöksi, joka kasvattaa molekyylien energiaa ja epäjärjestystä, joka saa aikaan LCE-materiaalin liikkeen. Aktuaatiota tarkasteltiin kuvien ja videoiden avulla. Työn muita tärkeitä mittausmenetelmiä olivat optinen polarisaatiomikroskopia sekä UV-Vis-spektroskopia.

Tässä kandidaatintyössä tutkittiin, onko väriaineen sitoutumisella vaikutusta nestekide-elastomeerin toimintaan ja ominaisuuksiin kuten molekyylien järjestykseen, taipumiskulman suuruuteen, taipumisen nopeuteen, Youngin moduuliin tai väriaineen liukenemiseen erilaisiin orgaanisiin liuottimiin. Youngin moduulien määrityksessä tutkittiin myös väriaineen konsentraation vaikutusta moduulin suuruuteen. Aktuaatiota tarkasteltiin sekä valon intensiteetin, että ajan funktiona. DR1- ja DR1-akrylaattinäytteiden aktuaation laajuudessa ja nopeudessa ei havaittu merkittävää eroa. Määritetyistä Youngin moduuleista huomataan, että DR1-näyte on pehmeämpi, mikä mahdollistaa suuremman aktuaation. Doupatulla väriaineella DR1 saavutetaan myös hieman parempi järjestys, sillä molekyylien on helpompi suuntautua, kun ne eivät ole kovalenttisesti sitoutuneena muuhun LCE-rakenteeseen. Suurta eroa molekyylien järjestäytyneisyydessä ei kuitenkaan ole. Väriaineen osuuden kasvattaminen LCE:ssä pienensi Youngin moduulia, eli rakenteesta tuli väriaineen suuremmilla mooliprosenttiosuuksilla pehmeämpi ja taipuisampi. Huomattava ero näytteissä havaittiin, kun tutkittiin väriaineiden liukoisuutta muusta polymeerirakenteesta asetonilla, kloroformilla ja tolueenilla. Doupattu DR1 liukeni näytteistä kokonaan, kun taas DR1-akrylaatin liukeneminen oli hyvin vähäistä. Tämä oli näytteiden merkittävin eroavaisuus ja tärkeä huomio esimerkiksi käyttökohteita sekä valmistusmenetelmiä mietittäessä.