Additivi attivi alla superficie di elastomeri siliconici per lo sviluppo di vernici antivegetative in ambiente marino

Nel presente lavoro di tesi, svolto in collaborazione con l’azienda Maflon S.p.A., abbiamo progettato e preparato formulazioni a base di matrice di polidimetilsilossano (PDMS) che variavano per la tipologia di additivo attivo alla superficie anfifilico disperso nella matrice. In particolare, l’azienda Maflon S.p.A. ci ha fornito un monomero metacrilico (IM-MPG6) avente una catena laterale PEGilata-fluorurata, un additivo oligomerico (ANF-0A) avente un nucleo biureto funzionalizzato con catene PEGilate-fluorurate e polisilossaniche ed un additivo oligomerico (ANF-3A) non-fluorurato avente un nucleo isocianurato con una catena PEGilata-silossanica. Il monomero IM-MPG6 è stato copolimerizzato in diversi rapporti molari con un polisilossano metacrilato (SiMA) commerciale al fine di favorire la sua dispersione nella matrice. In ogni caso, film reticolati a base di PDMS con contenuti variabili di additivo anfifilico (fino al 50% in peso per quello non-fluorurato) e nanoparticelle (fino al 1% in peso) di silice idrofoba funzionalizzate con catene di polisilossano sono stati preparati mediante una reazione sol-gel attivata da tetrabutilammonio fluoruro per produrre una rete elastomerica. In seguito ad uno studio volto all’ottimizzazione delle condizioni sperimentali per la reazione di reticolazione della matrice di PDMS, i film polimerici ottenuti sono stati sottoposti a prove di rigonfiamento in toluene ed in acqua. Mentre le percentuali di assorbimento del solvente organico sono risultate piuttosto elevate (> 250% in peso), quelle di acqua erano molto basse (< 8% in peso) in accordo con il carattere idrofobo della matrice di PDMS. Prove meccaniche sforzo-deformazione hanno confermato il carattere elastomerico dei film che presentavano valori di modulo elastico compresi tra 0,7 e 1,3 MPa. Le misure di nanoindentazione mediante microscopia a forza atomica (AFM) hanno dimostrato che la superficie dei film presentava lo stesso carattere elastomerico della massa. Inoltre le superfici dei film apparivano topograficamente lisce e omogenee, caratterizzate da basse rugosità AFM (Ra, Rq < 6,5 nm) e non mostravano chiara evidenza della presenza della nanoparticelle all’interfaccia polimero-aria. Dei film sono stati misurati gli angoli di contatto con acqua e con n-esadecano per valutare, rispettivamente, l’idrofobia e la lipofobia della superficie. I valori dell'angolo di contatto con acqua e n-esadecano sono stati quindi utilizzati per il calcolo della tensione superficiale, adottando il metodo dei contributi additivi di Owens-Wendt-Kaelble. Al fine di evidenziare processi di riorganizzazione strutturale della superficie sono state effettuate misure di angolo di contatto con acqua a diversi tempi di immersione in acqua. Inoltre, è stata quantificata la composizione chimica atomica (C, F, O, Si, N) della superficie facendo ricorso alla spettroscopia fotoelettronica ai raggi X (XPS) ad angolo di fotoemissione varabile (20° e 70°). Le prestazioni antivegetative dei film polimerici sono state valutate mediante prove in campo, immergendo in mare pannelli di PVC rivestiti con i film delle formulazioni a base di additivo anfifilico SiMA-co-IM-MPG6 per il periodo novembre 2017-settembre 2018. I film contenenti il 4% in peso di copolimero SiMA-co-IM-MPG6, sia con lo 0,1 che con lo 0,5% in peso di nanoparticelle, hanno mostrato un’ottima capacità di resistere all’adesione degli organismi marini essendo la loro percentuale di copertura molto più bassa rispetto a quella del controllo di PDMS. Inoltre, la superficie di tali film polimerici risultava completamente pulita in seguito all’esposizione ad un getto d’acqua per pochi secondi