Pinnat uusiksi Katri Kontturi selvitti väitöstutkimuksessaan, miten materiaalien pintaominaisuuksia on mahdollista muokata polymeerien avulla. Menetelmää voidaan soveltaa muun muassa vettä hylkivien pintojen ja vahvojen komposiittimateriaalien valmistuksessa.
Teksti Minna Hölttä Kuva Aapo Huhta PINTOJA on perinteisesti muokattu joko kemiallisten
reaktioiden avulla tai fysikaalisesti, esimerkiksi maalaamalla tai lakkaamalla. Ensimmäinen vaihtoehto vaatii olosuhteilta paljon, ja toisella hienommat ratkaisut jäävät saavuttamatta. Onneksi on olemassa kolmaskin vaihtoehto. ”Pintaominaisuuksia voidaan muokata amfifiilisten polymeerien adsorptiolla eli pinnoille rikastumisella. Siinä veteen liuotetut polymeerimolekyylit tarttuvat pinnalle”, kertoo aiheesta väitellyt diplomi-insinööri Katri Kontturi. ”Amfifiilisilla polymeereillä on sekä vesiliukoinen että vettä hylkivä osa, minkä ansiosta ne kykenevät järjestäytymään liuoksissa ja rajapinnoilla. Tämä mahdollistaa nanokokoluokan pintarakenteet, joilla voi olla vaikutusta pinnan kitkaominaisuuksiin tai mielenkiintoisia optisia ominaisuuksia.”
Parempaa nanoselluloosaa Katri Kontturin mukaan polymeeriadsorptiota käytetään pintamuokkaukseen vielä niukasti, minkä vuoksi perustutkimusta tarvitaan paljon. ”Meidän on tiedettävä tarkemmin, miten amfifiiliset polymeerit järjestäytyvät ja kiinnittyvät erilaisille pinnoille ja miten pintojen ominaisuudet muuttuvat adsorptiokäsittelyssä. Väitöstutkimus kartoitti, miten tiettyjen molekyylirakenteiltaan erityyppisten polymeerien muodostamat pintarakenteet riippuvat liuosympäristöstä ja käsiteltävän pinnan ominaisuuksista. Esimerkiksi sähköisesti varautuneiden polymeerien kanssa voidaan polymeerin pitoisuudella ja liuokseen lisätyn suolan määrällä ja tyypillä vaikuttaa polymeerikerroksen paksuuteen ja peittävyyteen sekä syntyvien rakenteiden muotoon.” Koska kaikkien maailman polymeerien ja pintojen tutkiminen ei ole mahdollista, tutkimus oli rajattava jotenkin. Katri Kontturi keskittyi työssään erityisesti selluloosapohjaisiin materiaaleihin.
”Nanoselluloosalle yritetään keksiä koko ajan uusia sovelluksia. Yksi haaste on se, että nanoselluloosa imee itseensä paljon vettä. Jos amfifiiliset polymeerit saadaan järjestäytymään pinnalle vettä hylkivä pinta ulospäin, voidaan nanoselluloosan vettymistä ehkäistä. Polymeeriadsorptiolla käsitelty nanoselluloosa saattaisi sopia myös elintarvikepakkauksiin sekä vahvikemateriaaliksi biohajoaviin komposiitteihin. Komposiitilla tarkoitetaan materiaalia, josta aineiden yhdistelmä tekee vahvemman. Esimerkiksi komposiittijääkiekkomailat ovat vahvempia kuin perinteiset puumailat.”
Pois lika ja bakteerit Veden lisäksi sopivalla pintakäsittelyllä voidaan torjua likaa ja jopa bakteereja. ”Yksi mahdollisuus olisi hyödyntää polymeeriadsorptiota lääketieteellisissä implanttimateriaaleissa estämässä pinnan biolikaantuvuutta eli bakteerien ja proteiinien tarttumista pintoihin. Se voidaan ehkäistä erityisen hydrofiilisellä, vesiliukoisella polymeerikerroksella”, Katri Kontturi kertoo. Polymeeriadsorption tutkiminen on pikkutarkkaa puuhaa. ”Pinnoille rikastuva polymeerimäärä on hirveän pieni, sitä ei paljaalla silmällä tutkita. Menetelmät ovat monimutkaisia ja herkkiä, mikä tekee kokeiden toistamisesta haastavaa. Pienikin näytteessä oleva epäpuhtaus sotkee pintaherkän menetelmän. Välillä suunnitelmia on pakko muuttaa, mutta se lienee arkea kaikille tutkijoille.”
– Katri Kontturi 5.12.2013: Modification of surfaces with adsorption of amphiphilic polymers. Kemian tekniikan korkeakoulu. AALTO UNIVERSITY MAGAZINE 10 \ 47