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Title: Revestimento superhidrofóbico de nanocompósito PTFE/CaO fabricado por deposição de espuma em fibras de PLA
Other Titles: Superhydrophobic CaO/PTFE nanocomposite coating fabricated via foam deposition on PLA fibers
Authors: Araújo, Rubens Capistrano de
Keywords: Superhidrofobicidade;Revestimento superhidrofóbico;Processo por espuma;Fibras de poliácido láctico;Nanopartículas de óxido de cálcio;Politetrafluoretileno
Issue Date: 21-Aug-2017
Citation: ARAÚJO, Rubens Capistrano de. Revestimento superhidrofóbico de nanocompósito PTFE/CaO fabricado por deposição de espuma em fibras de PLA. 2017. 114f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2017.
Abstract: Superhydrophobic surfaces are of great scientific and technological interest for applications such as self-cleaning, anticorrosion, oil/water separation, microfluidics, among others. The superhydrophobicity depends on surface chemistry and topology. In this work, a new method for producing nanostructured superhydrophobic coatings on fibrous materials using foam deposition was developed. Based on the developed method, polytetrafluoroethylene/calcium oxide nanocomposite coating was deposited on polylactic acid fibers and the superhyphobicity was evaluated. The influence of processing parameters such as nanoparticle concentration, polytetrafluoroethylene concentration, polymerization temperature and polymerization time was evaluated. The nanocoating was analyzed by contact angle, X-ray diffraction, Fourier transform infrared spectroscopy, scanning electron microscopy, atomic force microscopy, transmission electron microscopy and electron-dispersive X-ray spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, liquid repellency test with various surface tension values, self-cleaning check test and wash and abrasion resistance test. The results of X-ray diffraction and Fourier transform infrared spectroscopy indicated a presence of polytetrafluoroethylene and calcium oxide nanoparticles on the surface of the polylactic acid fibers, confirming the deposition of the coating by the process developed. Among the processing parameters studied, the condition of 0.6 wt.% of calcium oxide nanoparticles, 80 g/l polytetrafluoroethylene, 140 °C and 90 seconds of polymerization resulted in the highest contact angle value for the nanocomposite coatings (159.67° ± 1.05°). Scanning electron microscopy images, transmission electron microscopy and electron-dispersive X-ray spectroscopy and atomic force microscopy showed calcium oxide nanoparticles with spherical and rectangular shapes and morphological and topographic changes on the surface of polylactic acid fibers with the deposition of the coating. X-ray photoelectron spectroscopy confirmed the presence of the chemical element fluorine on the surface of the coating. The results of the aqueous liquid repellency tests performed on the coated surface using a series of isopropyl alcohol/water solutions of different surface tensions indicated repellency to all tested solutions. The self-cleaning properties of the coated fibers were determined by the removal of dirt by water droplet flow. The nanocomposite coating maintained the superhydrophobicity even after 25 wash cycles and 100 abrasion cycles. In summary, the manufacturing process presented in this research using foam deposition, proved to be simple and practical for the deposition of superhydrophobic coatings in fibers and fabrics. The polytetrafluoroethylene/calcium oxide coating deposited on polylactic acid fibers by foam deposition showed superhydrophobic properties.
Portuguese Abstract: Superfícies superhidrofóbicas têm sido objeto de muitos estudos devido ao grande interesse científico e tecnológico para aplicações como autolimpeza, anticorrosão, separação água/óleo, microfluídica, dentre outras. A superhidrofobicidade depende das características químicas e topologia das superfícies. Neste trabalho, foi desenvolvido um novo método de produção de revestimento superhidrofóbico nanoestruturado em materiais fibrosos, utilizando o processo de deposição de espuma. Com base no método desenvolvido, revestimentos nanocompósitos de politetrafluoretileno e nanopartículas de óxido de cálcio foram depositados sobre fibras de Poliácido láctico para avaliação de superhidrofobicidade. A influência de parâmetros de processo como, concentração de nanopartículas de óxido de cálcio, concentração de politetrafluoretileno, temperatura de polimerização e tempo de polimerização, foi avaliada. O revestimento foi caracterizado por ângulo de contato, difração de raios-x, espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier e reflectância total atenuada, microscopia eletrônica de varredura, microscopia de força atômica, microscopia eletrônica de transmissão e espectroscopia de raios-x de dispersão de elétrons, espectroscopia fotoeletrônica por raios-x, ensaio de repelência a líquidos com vários valores de tensão superficial, ensaio de verificação da autolimpeza e ensaio de resistência a lavagem e abrasão. Os resultados de difração de raios-x e espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier indicaram a presença de politetrafluoretileno e nanopartículas de óxido de cálcio sobre a superfície das fibras de Poliácido láctico, confirmando a deposição do revestimento pelo processo desenvolvido. Dentre os parâmetros de processo estudados, a condição de 0,6% sobre o peso do material (spm) de nanopartículas de óxido de cálcio, 80 g/l de politetrafluoretileno, 140°C e 90 segundos de polimerização resultou no maior valor de ângulo de contato para o revestimento de politetrafluoretileno/nanopartículas de óxido de cálcio (159,67° ± 1,05°). As imagens de microscopia eletrônica de varrimento, microscopia eletrônica de transmissão e espectroscopia de raios-x de dispersão de elétrons e microscopia de força atômica mostraram nanopartículas de óxido de cálcio com formas esférica e retangular e alterações morfológicas e topográficas na superfície das fibras de Poliácido láctico com a deposição do recobrimento. A espectroscopia fotoeletrônica por raios-x confirmou a existência da presença de elemento químico flúor na superfície do revestimento. Os resultados dos testes de repelência aquosa realizados utilizando uma série de soluções de água/álcool isopropílico com diferentes tensões superficiais indicaram repelência da superfície revestida a todas as soluções testadas. As fibras com o revestimento de politetrafluoretileno/ nanopartículas de óxido de cálcio também apresentaram propriedade de autolimpeza fazendo com que uma gota de água removesse a sujeira da superfície. O revestimento manteve a superhidrofobicidade mesmo após 25 ciclos de lavagem e 100 ciclos de abrasão. Em resumo, o processo de fabricação apresentado nesta pesquisa utilizando a deposição de espuma mostrou-se simples e prático para deposição de revestimentos superhidrofóbicos em fibras e tecidos. O revestimento de politetrafluoretileno/nanopartículas de óxido de cálcio depositado em fibras de Poliácido láctico via deposição de espuma apresentou propriedades superhidrofóbicas.
URI: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/24503
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