| تعداد نشریات | 284 |
| تعداد نشریات سازمان | 82 |
| تعداد شماره‌ها | 3,081 |
| تعداد مقالات | 34,376 |
| تعداد مشاهده مقاله | 47,927,221 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 78,890,562 |
ایجاد سطوح چوبی فوقآبگریز و خود‌تمیزشونده پایدار با پوشش نانوهیبریدی سیلیکا/ موم‌گیاهی‌کارنابا بر پایه رزین اپوکسی | ||
| تحقیقات علوم چوب و کاغذ ایران | ||
| مقاله 5، دوره 38، شماره 4 - شماره پیاپی 85، دی 1402، صفحه 281-295 اصل مقاله (877.08 K) | ||
| نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22092/ijwpr.2023.361465.1749 | ||
| نویسندگان | ||
| اکبر مستوری1؛ داود افهامی سیسی* 2؛ اصغر طارمیان3؛ علیرضا قلی نژاد پیربازاری4؛ محمد آزادفلاح3 | ||
| 1دانشجوی دکتری، گروه مهندسی علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تهران، ایران | ||
| 2استادیار، گروه مهندسی علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تهران، ایران | ||
| 3دانشیار، گروه مهندسی علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تهران، ایران | ||
| 4دکتری معماری و حفاظت ابنیه شهری، مرمت اجزا و تزئینات وابسته به ابنیه تاریخی، پژوهشگاه میراث فرهنگی و گردشگری کشور، تهران، ایران | ||
| چکیده | ||
| سابقه و هدف: اصلاح سطح و پوششدهی یکی از روشهای مؤثر برای افزایش عملکرد و عمر مفید سازههای چوب محسوب میشود. انواع تکنیکهای فوقآبگریزی با زاویه تماس بالای 150 درجه و زاویه لغزش کمتر از 10 درجه، علاوه بر ایجاد آبگریزی بسیار بالا، ماهیت ضد میکروبی و سایر خواص سطحی بستر را نیز بهبود میدهند. مواد فلوره و نانوذرات از رایج‌ترین مواد در این زمینه هستند. باوجوداین، مقاومت در برابر تخریب مکانیکی، رطوبتی و مسئله زیست‌محیطی در ارتباط با سطوح فوقآبگریز بسیار حائز اهمیت است. مومهای طبیعی یکی از مواد کارآمد و سالم برای ایجاد پوشش فوق آبگریز بادوام با زیست سازگاری بالا مطرح هستند. در این تحقیق از نانو سیلیکای اصلاح شده با مواد الکیلی غیر فلوئوره در حضور رزین اپوکسی برای ایجاد سطوح فوق آبگریز روی چوب توس (Betula pendula) استفاده شده است. همچنین، از موم گیاهی نخل کارنابا برای افزایش خودتمیزشوندگی و پایداری زاویه تماس در شرایط آسیب مکانیکی، رطوبتی و محیطهای مخرب به‌طور مقایسهای استفاده شده است. مواد و روشها: از دودسیلتری کلروسیلان در حضور حلال تولوئن برای عامل‌دار و هیدروفوب کردن نانو سیلیکا استفاده شد. از فرمولاسیون حاوی 2 درصد نانو سیلیکای اصلاح شده و مقداری رزین اپوکسی به روش اسپره برای پوششدهی و فوقآبگریز کردن چوب توس استفاده گردید. همچنین، از مقدار بهینه موم نخل برزیلی کارنابا (موم گیاهی) به عنوان عامل تقویت‌کننده و مقاومساز برای ساخت پوشش نانوهیبریدی استفاده شد. دوام و پایداری به تخریب مکانیکی (سایش سمباده، ضربه آب) و شرایط پرمخاطره (اسیدی، قلیایی، اشعه فرابنفش و حلال) بررسی گردید. در نهایت ظرفیت خودتمیزشوندگی سطوح چوبی فراوری شده، به روشهای متفاوت کیفی (سطح شیب‌دار) و کمی (قطره‌گذاری) با استفاده از مایعات مصرفی خوراکی ارزیابی شد. یافتهها: هر دو نوع نانو پوشش کامپوزیتی (بدون موم) و هیبریدی (حاوی موم) سبب ایجاد ماهیت فوق آبگریزی روی چوب توس شدند. افزودن مقدار بهینه از موم کارنابا به ساختار نانو پوشش بر پایه اپوکسی، منجر به زاویه تماس 170 درجه و زاویه لغزش کمتر از 3 درجه قطره آب میشود. علاوه بر این، افزودن موم کارنابا سبب پایداری و استحکام سطوح فوق آبگریز در شرایط پرمخاطره آبی و مکانیکی (سایش سمباده) شد. بالاترین میزان پایداری در محیطهای پرمخاطره مربوط به نانو پوشش هیبریدی بود. بالاترین میزان زاویه تماس برای آب انار و کمترین برای شیر مشاهده شد. همچنین، ظرفیت خودتمیزشوندگی با انواع نوشیدنی نوشابه زرد و مشکی بر روی سطح فوق آبگریز موفقیت‌آمیز بود. نتیجه‌گیری: استفاده از موم کارنابا سبب افزایش زاویه تماس و کاهش زاویه لغزش شد. استفاده از موم کارنابا سبب بهبود چشمگیر خواص مکانیکی و ضدآبی پوشش فوق آبگریز شد. ماهیت شیمیایی موم درون پوشش نانو هیبریدی دلیل برتری پوشش فوق آبگریز روی چوب است. سطح فوقآبگریز ساخته شده با پوشش نانوهیبریدی در حضور موم کارنابا دارای ظرفیت خودتمیزشوندگی، زیست سازگاری و پایداری در شرایط سرویس بوده و برای حفاظت از انواع سطوح عمومی در زمینه مواد غذایی، به‌ویژه مواد لیگنوسلولزی مانند چوب و کاغذ می‌تواند استفاده شود. | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| فوقآبگریز؛ پوشش نانو کامپوزیتی/ هیبریدی؛ موم کارنابا؛ دودسیل تری کلروسیلان؛ زیست سازگار. | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Fabrication of Durable, Super-hydrophobic and Self-cleaning Wood Surfaces Based on Silica-Carnauba Wax, Nano-hybrid coating into Epoxy resin matrix | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Akbar Mastouri1؛ Davood Efhamisisi2؛ Asghar Tarmian3؛ AliReza Gholinezhad-Pirbazari4؛ Mohamad Azad fallah3 | ||
| 1PhD., student in wood science and technology, Faculty of Natural Resources, University of Tehran, I. R. Iran | ||
| 2Assistant Professor, Faculty of Natural Resources, University of Tehran, I. R. Iran | ||
| 3Associate Professor, Faculty of Natural Resources, University of Tehran, I. R. Iran | ||
| 4PhD. in Conservation and Architecture of Historical Building, Research Institute of Cultural Heritage and Tourism, Tehran, I. R. Iran | ||
| چکیده [English] | ||
| Background and objectives: Surface modification and coating is one of the effective methods to increase the performance and service life of wooden structures. All kinds of super-hydrophobic techniques with a contact angle above 150 degrees and a sliding angle less than 10 degrees, in addition to creating high hydrophobicity, also improve the antimicrobial and other surface properties of the substrate. Nevertheless, resistance to mechanical and moisture damage are very important in connection with super-hydrophobic surfaces. Natural waxes are one of the efficient and healthy materials for creating a durable super-hydrophobic coating with high biocompatibility. In this research, nano-silica modified with non-fluorine alkyl materials in the presence of epoxy resin has been used to create superhydrophobic surfaces of birch wood (Betula pendula). Also, carnauba wax has been used to improve water repellency, self-cleaning property and durability in conditions of mechanical damage, humidity and harsh environments, comparatively. Materials and methods: Dodecyltrichlorosilane was used in the presence of toluene solvent for functionalizing and hydrophobicizing silica nanoparticles. A formulation containing 2% of modified nano silica and some epoxy resin was used by spray method to fabricate super-hydrophobic coating on birch wood. Also, the optimal amount of vegetable carnauba wax (Brazilian palm) was used as a reinforcing agent to make the nanohybrid formulation. Durability and stability to mechanical damage (sandpaper abrasion, water impact) and harsh environments (acidic, alkaline, ultraviolet rays and solvents) were investigated. Finally, the self-cleaning potential of the processed wooden surfaces was evaluated by qualitative (inclined surface) and quantitative (dropping) methods using edible liquids. Results: Both types of nanocomposite (without wax) and nanohybrid (containing wax) coatings caused the super-hydrophobicity on birch wood. The adding the optimal amount of carnauba wax to the epoxy-based nanocoating structure leads to a contact angle of 170 degrees and a sliding angle of less than 3 degrees by water drops. In addition, carnauba wax caused the stability and strength of superhydrophobic surfaces in aging and mechanical conditions. The highest level of stability in harsh environments was related to the hybrid nanocoating. The highest contact angle was observed for pomegranate juice and the lowest for milk. Also, the self-cleaning potential with various types of Fanta and Coca-Cola drinks on the superhydrophobic surface was successful. Conclusion: The use of carnauba wax increased the contact angle and decreased the sliding angle. The use of carnauba wax significantly improved the mechanical properties and water-repellency of the super-hydrophobic coating. The chemical nature and morphological structure of wax in the coating is the reason for this superiority. The super-hydrophobic surface made with nanohybrid coating in the presence of carnauba wax has the potential of self-cleaning, biocompatibility and stability in service conditions and can be used to protect all types of general surfaces in the field of food, especially lignocellulosic substrates such as wood and paper. | ||
| کلیدواژه‌ها [English] | ||
| Superhydrophobic, Carnauba wax, Nano-composite/ hybrid coating, Dodecyltrichlorosilane, Eco-friendly | ||
|
سایر فایل های مرتبط با مقاله
|
||
| مراجع | ||
|
-Bayer, I.S., Fragouli, D., Martorana, P.J., Martiradonna, L., Cingolani, R. and Athanassiou, A., 2011. Solvent resistant superhydrophobic films from self-emulsifying carnauba wax–alcohol emulsions Soft Matter. 7: 7939-7943, 10.1039/C1SM05710C.
-Celik, N., Torun, I., Ruzi, M., Esidir, A. and Onses, M.S., 2020. Fabrication of robust superhydrophobic surfaces by one-step spray coating: Evaporation driven self-assembly of wax and nanoparticles into hierarchical structures. Chemical Engineering Journal. 396: 125230.
-Chang, H., Tu, K. and Wang, Liu, J., 2015. Fabrication of mechanically durable superhydrophobic wood surfaces using polydimethylsiloxane and silica nanoparticles. RSC Adv.5: 30647–30653.
-Cho, Y.J., Jang, H., Lee, K.S. and Kim, D.R., 2015. Direct growth of cerium oxide nanorods on diverse substrates for superhydrophobicity and corrosion resistance. Applied Surface Science. 340: 96–101
-Donath, S., Militz, H. and Mai, C., 2006. Creating water-repellent effects on wood by treatment with silanes. Holzforschung. 60: 40–46.
-Durret, J., Szkutnik, P.D., Frolet, N., Labau, S. and Gourgon, C., 2018. Superhydrophobic polymeric films with hierarchical structures produced by nanoimprint (NIL) and plasma roughening. Applied Surface Science. 445: 97-106.
-Lee, J.A. and McCarthy, T.J., 2007. Polymer surface modification topography effects leading to extreme wettability behavior. Macromolecules 40: 3965–3969.
-Li, C., Sun,Y., Cheng, M. and Sun, S., Hu, S. 2018. Fabrication and characterization of a TiO2/polysiloxane resin composite coating with fullthickness super-hydrophobicity. Chemical Engineering Journal. 333:361–369
-Liu, F., Gao, Z., Zang, D., Wang, C. and Li, J., 2015. Mechanical stability of superhydrophobic epoxy/silica coating for better water resistance of wood. Holzforschung 69: 367–374.
-Liu, F., Wang, S., Zhang, M., Ma, M., Wang, C. and Li, J., 2013. Improvement of mechanical robustness of the superhydrophobic wood surface by coating PVA/SiO2 composite polymer. Applied Surface Science. 280: 686-692.
-Mastouri, A., Azadfallah, M., Tarmian, A. and efhamisisi, D., 2018. The effect of cerium dioxide nanoparticles on the physical properties of polyurethane clear coating. Iranian Journal of Wood and Paper Industries. 8(4): 645-656, (In Persian).
-Mastouri, A., Efhamisisi, D., Shirmohammadli, Y. and Oladi, R., 2021. Physicochemical Properties of Thermally Treated Poplar Wood (OHT) in Silicone and Rapeseed Oils: A Comparative Study. Journal of Building Engineering. 43: 102511. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2021.102511
-Mastouri, A., Efhamisisi, D., Tarmian, A., Boukherroub, R., Lexa, M., Karami, E. and Frigione, M., 2024. Sustainable superhydrophobic and self-cleaning wood via wax within Epoxy/PDMS nano-composite coatings: Durability related to surface morphology. Progress in Organic Coatings. 186, 107951. https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2023.107951
Mastouri-M, A., Azadfallah, M., Tarmian, A. and Efhamisisi, D., 2020. Nano-cerium dioxide synergistic potential on abrasion resistance and surface properties of polyurethane-nanocomposite coatings for aesthetic and precious decorative applications on wood. Journal of Coatings Technology and Research. 17: 6. 1559–1570. https://doi.org/10.1007/s11998-020-00374-9
-Meng, L.Y. and Park, S.J., 2014. Superhydrophobic carbon-based materials: a review of synthesis, structure, and applications. Carbon Letters 15(2): 89-104.
-Naderizadeh,S., Dante,S., Picone, P., Carlo, M. D., Carzino, R., Athanassiou, A. and Bayer. I.S. 2020. Bioresin-based superhydrophobic coatings with reduced bacterial adhesion. Journal of Colloid and Interface Science. 574: 20-32. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2020.04.031.
-Pakzad, H., Liravi, M., Moosavi, A., Nouri-Borujerdi, A. and Najafkhani, H., 2020. Fabrication of durable superhydrophobic surfaces using PDMS and beeswax for drag reduction of internal turbulent flow. Applied Surface Science. 513: 145754.
-Reinprecht, L., 2016. Wood deterioration, protection and maintenance. John Wiley & Sons. 376.
-Ren, T., 2019. One-step fabrication of robust superhydrophobic coatings with corrosion resistance by a self-curing epoxy-resin-based adhesive. Surface and Coatings Technology. 380: 125086.
-Sun, T., Feng, L., Gao, X. and Jiang, L., 2005. Bioinspired surfaces with special wettability. Accounts of Chemical Research. 38: 644–652.
-Torun, I., Ruzi, M., Er, F. and Onses, M.S., 2019. Superhydrophobic coatings made from biocompatible polydimethylsiloxane and natural wax. Progress in Organic Coatings. 136: 105279, https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2019.105279.
-Tu, K., Wang, X., Kong, L., Chang, H. and Liu, J., 2016. Fabrication of robust, damage-tolerant superhydrophobic coatings on naturally micro-grooved wood surfaces. RSC Adv. 6: 701–707.
-Tu, K.; Wang, X.; Kong, L. and Guan, H., 2018. Facile preparation of mechanically durable, self-healing and multifunctional superhydrophobic surfaces on solid wood. Materials & Design. 140: 30–36.
-Tuong, V.M., Huyen, N.V., Kien, N.T. and Dien, N.V., 2019. Durable Epoxy@ZnO Coating for Improvement of Hydrophobicity and Color Stability of Wood. Polymers. 11: 1388.
-Wang, D., Huang, J., Guo, Zh. and Liu, W., 2021. Durable mixed edible wax coating with stretching superhydrophobicity. Journal of Materials Chemistry A. 9: 1495–1499.
-Wang, S., Liu, C., Liu, G., Zhang, M., Li, J. and Wang, C., 2011. Fabrication of superhydrophobic wood surface by a sol-gel process. Applied Surface Science. 258: 806–810.
-Wang, T., Lu, Z., Wang, X.Q., Zhang, Z., Zhang, Q., Yan, B. and Wang, Y., 2021. A compound of ZnO/PDMS with photocatalytic, self-cleaning and antibacterial properties prepared via two-step method. Applied Surface Science. 550: 149286.
-Zhao, X., Hu, T. and Zhang, J., 2018. Superhydrophobic coatings with high repellency to daily consumed liquid foods based on food grade waxes. Journal of Colloid and Interface Science. 515: 255–263.
| ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 1,579 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 428 |
||
