Polydimethylsiloxane (PDMS) based graft-copolymers for use in coatings having ice-release properties

Abstract

Atmosfærisk isformasjon på vindmølleblader, høyspentlinjer, skip og lignende er et stort problem i de polare delene av kloden i vintersesongene. Hvis isformasjonen kan sankes ned eller kraften isen festes med blir redusert, kan dette spare milliarder av dollar hvert år, i tillegg til å gjøre arbeidsvilkårene mindre farlige. Ved å bruke en isfobisk "coating" med en lav vedheftskraft til is, så kan isen fjernes mye lettere og kan til og med falle av bare ut ifra tyngdekraften.

Polydimetylsiloksan (PDMS) brukes ofte i slike malinger, på grunn av dets lave overflateenergi og hydrofobiske egenskaper. Dette arbeidet brukte en metakrylat avkortet PDMS (PDMSMA) makromonomer til å lage en amfifil graft-kopolymer komponert av to forskjellige blokker, laget med revers jod-transport polymerisering (RITP) mekanismen. Denne degenerativ kjede-transport (DT) teknikken bruker molekylært jod (I_2) som en kjede-transport gruppe, som gjør at de ikke-reaktive kjedene blir "sovende", som gjør teknikken mulig til å produsere blokk kopolymerer med. Den andre blokken i dette arbeidet var PMMA-co-PHEMA, som hadde som jobb å binde polymeren til malingsfilmen med kovalente bindinger, slik at polymeren ikke forsvant fra malingen etterhvert. Det ble også forsøkt å lage en diblokk kopolymer med reversibel kompleksdannelse mediert polymerisering (RCMP) mekanismen, men uten hell. Det trengs mer arbeid til for å få denne teknikken til å virke.

Den nye syntetiserte polymeren, poly(PDMSMA)-b-(PMMA-co-PHEMA), ble analysert med kjernemagnetisk resonansspektroskopi (1H-NMR), gelé gjennomtrengnings kromatografi (GPC), termogravimetrisk analyse (TGA) og forskjells skanning kalorimetri (DSC), og det ble bestemt at det var en diblokk kopolymer. De nye amfifile polymerene ble lagt til i malinger og kontaktvinkelhysteresen (CAH) og overflateenergien ble målt, med en høy varians i verdier. CAH verdier under 9 grader ble observert og overflateenergier på under 19 mN/m ble regnet ut.

Atmospheric icing on wind turbine blades, powerlines, ships, etc. is a great nuisance facing infrastructure today, especially in the polar regions during the winter season. It would be beneficial if the ice formation process could be slowed down or the ice-adhesion force could be reduced, since this could save billions of dollars every year, as well as make these infrastructures less dangerous. By using an icephobic coating with a low ice adhesion force the ice could be removed more easily and possibly just by gravity itself.

Polydimethylsiloxane (PDMS) is commonly used for this purpose, because of its low surface energy and hydrophobic properties. This work utilized a methacrylate-capped PDMS (PDMSMA) macromonomer to successfully synthesize an amphiphilic graft-copolymer composed of two distinct blocks by using the reverse iodine transfer polymerization (RITP) technique. This degenerative chain-transfer (DT) technique utilizes molecular iodine (I_2) as a chain transfer agent, making the non-reacting chains dormant, opening the possibility of block copolymer synthesis. The second block was composed of PMMA-co-PHEMA, which served the purpose of covalently binding the polymer to the matrix of the coating to make it not disappear upon exposure. There was also an attempt to synthesize this polymer with the use of the reversible complexation mediated polymerization (RCMP) technique, but with no success. Further work is required to make this method work.

The final novel copolymer poly(PDMSMA)-b-(PMMA-co-PHEMA) was analyzed with nuclear magnetic resonance spectroscopy (1H-NMR), gel permeation chromatography (GPC), thermogravimetric analysis (TGA) and differential scanning calorimetry (DSC), and was determined to be a diblock copolymer. The final novel amphiphilic polymers were tested in terms of the contact angle hysteresis (CAH) and its surface energy, where the different runs performed differently from one another. CAH values less than 9 degrees were obtained and surface energies below 19 mN/m were obtained.