Submitted by Milena Rubi (milenarubi@ufscar.br) on 2017-08-16T16:54:47Z No. of bitstreams: 1 CAMARGO_Janine_2017.pdf: 19878018 bytes, checksum: 517c1918bf6801b10fe87b0d806d8a50 (MD5) / Approved for entry into archive by Milena Rubi (milenarubi@ufscar.br) on 2017-08-16T16:55:38Z (GMT) No. of bitstreams: 1 CAMARGO_Janine_2017.pdf: 19878018 bytes, checksum: 517c1918bf6801b10fe87b0d806d8a50 (MD5) / Approved for entry into archive by Milena Rubi (milenarubi@ufscar.br) on 2017-08-16T16:55:44Z (GMT) No. of bitstreams: 1 CAMARGO_Janine_2017.pdf: 19878018 bytes, checksum: 517c1918bf6801b10fe87b0d806d8a50 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-16T16:55:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CAMARGO_Janine_2017.pdf: 19878018 bytes, checksum: 517c1918bf6801b10fe87b0d806d8a50 (MD5) Previous issue date: 2017-03-14 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Cellulose is a biopolymer available in abundance in nature, which presents very interesting properties mainly for the textile, packaging and paper industry. However, due to its strongly hydrophilic character, resulting from the presence of a large number of free hydroxyl groups in its molecule, its use in certain areas becomes limited. In order to promote the modification of the wetting characteristic of the cellulose, and make it superhydrophobic, samples of this material were submitted to plasma processes performed in two steps: ablation and film deposition. Initially, the effect of variation of ablation time on the creation of adequate surface topography was studied. For this, the samples were exposed to the oxygen plasma at a pressure of 13 Pa and power of 150 W, varying the treatment time from 5 to 60 minutes. Then, the treated samples were submitted to the process called PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), in which a film was deposited on the surface from the precursor hexamethyldisiloxane (HMDSO) in the presence of argon, in a ratio of 70 e 30%, respectively. The deposition time was set to 30 minutes and the power applied was 150 W. In a second investigation, the effect of the thickness of the deposited film was studied. In this case, the cellulose samples were previously exposed to the oxygen ablation plasma for 60 minutes and then led to the PECVD process, with the deposition time varying from 5 to 30 minutes. In a third investigation, the duration of the ablation and deposition steps was reduced to 30 and 1 minute, respectively, in order to optimize the methodology. The samples were characterized by Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy Dispersive Spectroscopy (EDS), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), profilometry, static contact angle measurements and hysteresis and sliding angle measurements. The results demonstrated that longer exposure times for the ablation step provide a significant modification in the material, through the creation of nanoscale structures on the surface of the fibers. The deposition step promoted the formation of films with organosilicon character on the cellulose surface, with thicknesses varying between 144 and 910 nm. The combination of the topography created after 30 minutes of ablation with the thin film resulting from the deposition step for 1 minute provided a surface with low receptivity for both polar (? = 150°) and nonpolar (? ~ 120°) liquids, whose wettability property remained stable with treatment aging time. The low values obtained for hysteresis (9°) and sliding angle (7°) confirm the creation of a superhydrophobic roll-off surface. / A celulose é um biopolímero disponível em abundância na natureza e que possui propriedades bastante interessantes principalmente para a indústria têxtil, de embalagens e papel. No entanto, devido ao seu caráter fortemente hidrofílico, proveniente da presença de um grande número de grupos hidroxila livres em sua molécula, sua utilização em determinadas áreas se torna limitada. Com o objetivo de promover a modificação da característica de molhabilidade da celulose, de modo a torná-la superhidrofóbica, amostras deste material foram submetidas a processos a plasma realizados em duas etapas: ablação e deposição de filme. Inicialmente, estudou-se o efeito da variação do tempo de ablação na criação da topografia adequada da superfície. Para isto, as amostras foram expostas ao plasma de oxigênio a uma pressão de 13 Pa e 150 W de potência, variando-se o tempo de tratamento de 5 a 60 minutos. Em seguida, as amostras tratadas foram submetidas ao processo denominado PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), no qual foi depositado um filme sobre a superfície das mesmas, a partir do precursor hexametildisiloxano (HMDSO) na presença de argônio, numa proporção de 70 e 30%, respectivamente. O tempo de deposição foi fixado em 30 minutos e a potência aplicada foi de 150 W. Numa segunda investigação, foi estudado o efeito da espessura do filme depositado. Neste caso, as amostras de celulose foram previamente expostas ao plasma de ablação com oxigênio durante 60 minutos e posteriormente ao processo de PECVD, variando-se o tempo de deposição de 5 a 30 minutos. Numa terceira investigação, o tempo de duração das etapas de ablação e deposição foi reduzido para 30 e 1 minuto, respectivamente, com o intuito de otimizar a metodologia. As amostras foram caracterizadas por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS), Espectroscopia de Absorção no Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR), perfilometria, medição de ângulo de contato estático e medição de histerese e ângulo de deslizamento. Os resultados demonstraram que maiores tempos de exposição à etapa de ablação proporcionam uma modificação significativa no material, por meio da criação de estruturas em nanoescala na superfície das fibras. A etapa de deposição promoveu a formação de filmes de caráter organosilicone sobre a superfície da celulose, com espessuras variando entre 144 e 910 nm. A combinação entre a topografia criada após 30 minutos de ablação e o filme de menor espessura resultante da etapa de deposição durante 1 minuto, possibilitaram a obtenção de uma superfície de baixa receptividade tanto a líquidos polares (? =150°) quanto apolares (? ~120°), cuja propriedade de molhabilidade se manteve estável com o tempo de envelhecimento. Os baixos valores de histerese (9°) e ângulo de deslizamento (7°) obtidos confirmam a criação de uma superfície superhidrofóbica do tipo “roll-off”.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this work we investigate the use of the Potts Cellular Model in simulations of the water droplets on flat hydrophobic and pillarlike surfaces surrounded by gas. Eight tests were chosen to validate the model, based on experimental and theoretical results: (1) the measurement of the contact angle on a flat hydrophobic surface; (2) the transition from Cassie to Wenzel states; (3) the measurement of the contact angle on the pillar-like structured surface in Wenzel and Cassie states; (4) the dependence of the contact angle on the roughness of the surface; (5) the measurement of the contact angle hysteresis; (6) the difference in angle hysteresis between Wenzel and Cassie states (7) the sliding of a droplet on inclined surfaces; and (8) the relationship between angle hysteresis and the velocity of the droplets on inclined surfaces. Our results are agree with the experimental and theoretical results suggesting that the Cellular Potts Model can be used as a tool in the theoretical studies these systems. / Neste trabalho investigamos a utilização do Modelo de Potts Celular na simulação de gotas de água sobre superfícies hidrofóbicas lisa e estruturada em pilares que pode apresentar comportamento superhidrofóbico em contato com gás. Oito testes foram escolhidos para validar o modelo, baseados em resultados experimentais e teóricos conhecidos: (1) a medida do ângulo de contato da gota sobre a superfície lisa; (2) a transição do regime Cassie para o regime Wenzel; (3) a medida do ângulo de contato da gota sobre a superfície estruturada; (4) a dependência do ângulo de contato com a rugosidade da superfície; (5) a medida da histerese do ângulo de contato; (6) a diferença na histerese do ângulo nos regimes Cassie e Wenzel; (7) ângulo crítico de deslize sobre superfícies lisas; (8) a relação entre a histerese e velocidade de deslize da gota. Nossos resultados concordam com os resultados experimentais sugerindo que o modelo de Potts Celular pode ser usado como uma ferramenta no estudo teórico destes sistemas.

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2017-12-12T18:21:03Z No. of bitstreams: 1 RubensCapistranoDeAraujo_TESE.pdf: 5113380 bytes, checksum: 6c5c79e9dca9bf8ff407a71a0e02013e (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2017-12-13T19:53:41Z (GMT) No. of bitstreams: 1 RubensCapistranoDeAraujo_TESE.pdf: 5113380 bytes, checksum: 6c5c79e9dca9bf8ff407a71a0e02013e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-12-13T19:53:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RubensCapistranoDeAraujo_TESE.pdf: 5113380 bytes, checksum: 6c5c79e9dca9bf8ff407a71a0e02013e (MD5) Previous issue date: 2017-08-21 / Superf?cies superhidrof?bicas t?m sido objeto de muitos estudos devido ao grande interesse cient?fico e tecnol?gico para aplica??es como autolimpeza, anticorros?o, separa??o ?gua/?leo, microflu?dica, dentre outras. A superhidrofobicidade depende das caracter?sticas qu?micas e topologia das superf?cies. Neste trabalho, foi desenvolvido um novo m?todo de produ??o de revestimento superhidrof?bico nanoestruturado em materiais fibrosos, utilizando o processo de deposi??o de espuma. Com base no m?todo desenvolvido, revestimentos nanocomp?sitos de politetrafluoretileno e nanopart?culas de ?xido de c?lcio foram depositados sobre fibras de Poli?cido l?ctico para avalia??o de superhidrofobicidade. A influ?ncia de par?metros de processo como, concentra??o de nanopart?culas de ?xido de c?lcio, concentra??o de politetrafluoretileno, temperatura de polimeriza??o e tempo de polimeriza??o, foi avaliada. O revestimento foi caracterizado por ?ngulo de contato, difra??o de raios-x, espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier e reflect?ncia total atenuada, microscopia eletr?nica de varredura, microscopia de for?a at?mica, microscopia eletr?nica de transmiss?o e espectroscopia de raios-x de dispers?o de el?trons, espectroscopia fotoeletr?nica por raios-x, ensaio de repel?ncia a l?quidos com v?rios valores de tens?o superficial, ensaio de verifica??o da autolimpeza e ensaio de resist?ncia a lavagem e abras?o. Os resultados de difra??o de raios-x e espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier indicaram a presen?a de politetrafluoretileno e nanopart?culas de ?xido de c?lcio sobre a superf?cie das fibras de Poli?cido l?ctico, confirmando a deposi??o do revestimento pelo processo desenvolvido. Dentre os par?metros de processo estudados, a condi??o de 0,6% sobre o peso do material (spm) de nanopart?culas de ?xido de c?lcio, 80 g/l de politetrafluoretileno, 140?C e 90 segundos de polimeriza??o resultou no maior valor de ?ngulo de contato para o revestimento de politetrafluoretileno/nanopart?culas de ?xido de c?lcio (159,67? ? 1,05?). As imagens de microscopia eletr?nica de varrimento, microscopia eletr?nica de transmiss?o e espectroscopia de raios-x de dispers?o de el?trons e microscopia de for?a at?mica mostraram nanopart?culas de ?xido de c?lcio com formas esf?rica e retangular e altera??es morfol?gicas e topogr?ficas na superf?cie das fibras de Poli?cido l?ctico com a deposi??o do recobrimento. A espectroscopia fotoeletr?nica por raios-x confirmou a exist?ncia da presen?a de elemento qu?mico fl?or na superf?cie do revestimento. Os resultados dos testes de repel?ncia aquosa realizados utilizando uma s?rie de solu??es de ?gua/?lcool isoprop?lico com diferentes tens?es superficiais indicaram repel?ncia da superf?cie revestida a todas as solu??es testadas. As fibras com o revestimento de politetrafluoretileno/ nanopart?culas de ?xido de c?lcio tamb?m apresentaram propriedade de autolimpeza fazendo com que uma gota de ?gua removesse a sujeira da superf?cie. O revestimento manteve a superhidrofobicidade mesmo ap?s 25 ciclos de lavagem e 100 ciclos de abras?o. Em resumo, o processo de fabrica??o apresentado nesta pesquisa utilizando a deposi??o de espuma mostrou-se simples e pr?tico para deposi??o de revestimentos superhidrof?bicos em fibras e tecidos. O revestimento de politetrafluoretileno/nanopart?culas de ?xido de c?lcio depositado em fibras de Poli?cido l?ctico via deposi??o de espuma apresentou propriedades superhidrof?bicas. / 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.