Surface wrinkling in bilayered polymer-polymer systems by instability methods

In organic coating science, surface wrinkling often represents an undesirable defect. However, if properly engineered, wrinkled surfaces can be used to modify and tune the optical, electrical, mechanical and surface properties of the material. In particular, in this thesis work, we investigated the possibility to use wrinkling to modify the wettability of polymeric surfaces, with the aim to increase their hydrophobicity. The technique that we investigated in this thesis is one of the most promising method to induce wrinkling and it is called instability method. This method exploits a mismatch of elastic modulus between a substrate and a coating, in order to generate the surface corrugation. Wrinkled surfaces obtained from bilayered polymeric system by instability methods are very cheap and easily industrializable and, for this reason, they represent a field of interest for paint and coating industry. A first part of the work was devoted to the test and characterisation of different resins-substrate pairs. The aim of this phase was to investigate the compatibility of different polymer-polymer systems and to understand the different wrinkling morphologies that can be obtained. Secondly, we attempt to find a relationship between wrinkle properties and some experimental parameters, such as the film thickness. In this phase, we also investigated the effect of substrate pretreatment. Finally, we evaluated the hydrophobic properties of the different systems under analysis and we investigated the improvements that wrinkled induced in their hydrophobicity.

Nella scienza dei rivestimenti organici, la corrugazione della superficie é di solito un difetto indesiderato. Tuttavia, se propriamente ingegnerizzate, le superfici corrugate possono essere utilizzate per modificare e ottimizzare le proprietá ottiche, elettriche, meccaniche e superficiali del materiale. In particolare, in questa tesi, abbiamo investigato la possibilitá di utilizzare le corruguazioni per modificare la bagnabilitá delle superfici polimeriche con l’obiettivo di incrementare la loro idrofobicitá. La tecnica che abbiamo utilizzato é uno dei metodi piu promettenti per ottenere le corrugazioni ed é chiamato metodo di instabilitá. Questo metodo sfrutta la differenza fra moduli elastici tra substrato e rivestimento per generare la corrugazione superficiale. Le superfici corrugate ottenute da sistemi a doppio strato polimerico tramite il metodo d’instabilitá sono molto economiche e facilmente industrializzabili e , per questa ragione, rappresentano un campo di interesse per l’industria dei rivestimenti e delle vernici. La prima parte del lavoro é rivolta alla caratterizzazione di differenti accoppiamenti resina-substrato. L’obiettivo di questa fase é stato quello di investigare la compatibilitá di diversi sistemi polimero-polimero e di capire le differenti morfologie delle corrugazioni che si possono ottenere. In secondo luogo, abbiamo cercato di trovare una relazione tra le proprietá delle corrugazioni e alcuni parametri sperimentali, come ad esempio lo spessore del film. In questa fase abbiamo anche analizzato l’effetto del pretrattamento del substrato. Infine, abbiamo valutato le proprietá idrofobiche dei diversi sistemi analizzati e abbiamo investigato i miglioramenti in termini di idrofobicitá che le corrugazioni hanno prodotto.