Plasma-based surface modifications offer many interesting possibilities for the production of high value-added polymeric materials. In this work, different plasma-based synthetic concepts were employed to endow poly(ethylene terephthalate) (PET) fabrics with accessible amine functionalities. These concepts were compared to find out the appropriate engineering methods, which can be further accepted by textile industries to overcome the limited reactivity of PET fabric surfaces, while the bulk characteristics are kept unaffected. Amine functionalities were introduced onto the surface of PET fabrics using either low-pressure ammonia plasma treatment or coating oxygen plasma-treated PET fabric with cationic polyelectrolytes. Two different cationic polyelectrolytes were used in this study namely poly(diallyldimethylammonium chloride) as an example of strong polyelectrolytes and poly(vinyl amine-co-vinyl amide) as an example of weak polyelectrolytes. The modified surfaces were characterized by a combination of various surface-sensitive techniques such as X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), electrokinetic measurements and time-dependent contact angle measurements. Furthermore, the amine functionalities introduced by different surface modifications were used for the subsequent immobilization of various classes of anionic dyes to evaluate the efficiency of different surface modifications. Color strength (K/S) and fastness measurements of colored fabrics were also explored. Their results can be taken as a measure of the extent of the interaction between different modified surfaces and anionic dyes. Finally, it was demonstrated that anchoring poly(vinyl amine-co-vinyl amide) layer onto PET fabric surfaces modified with low-pressure oxygen plasma is an efficient approach to improve coloration behavior and to overcome different problems related to PET fabrics coloration, such as coloration of PET/wool blend fabric with a single class of dyes. This is a crucial step towards the substrate independent surface coloration, which becomes dependent on the properties of the top layer rather than chemical structure of the fibers.

Plasma-based surface modifications offer many interesting possibilities for the production of high value-added polymeric materials. In this work, different plasma-based synthetic concepts were employed to endow poly(ethylene terephthalate) (PET) fabrics with accessible amine functionalities. These concepts were compared to find out the appropriate engineering methods, which can be further accepted by textile industries to overcome the limited reactivity of PET fabric surfaces, while the bulk characteristics are kept unaffected. Amine functionalities were introduced onto the surface of PET fabrics using either low-pressure ammonia plasma treatment or coating oxygen plasma-treated PET fabric with cationic polyelectrolytes. Two different cationic polyelectrolytes were used in this study namely poly(diallyldimethylammonium chloride) as an example of strong polyelectrolytes and poly(vinyl amine-co-vinyl amide) as an example of weak polyelectrolytes. The modified surfaces were characterized by a combination of various surface-sensitive techniques such as X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), electrokinetic measurements and time-dependent contact angle measurements. Furthermore, the amine functionalities introduced by different surface modifications were used for the subsequent immobilization of various classes of anionic dyes to evaluate the efficiency of different surface modifications. Color strength (K/S) and fastness measurements of colored fabrics were also explored. Their results can be taken as a measure of the extent of the interaction between different modified surfaces and anionic dyes. Finally, it was demonstrated that anchoring poly(vinyl amine-co-vinyl amide) layer onto PET fabric surfaces modified with low-pressure oxygen plasma is an efficient approach to improve coloration behavior and to overcome different problems related to PET fabrics coloration, such as coloration of PET/wool blend fabric with a single class of dyes. This is a crucial step towards the substrate independent surface coloration, which becomes dependent on the properties of the top layer rather than chemical structure of the fibers.

[ES] Los avances tecnológicos se encuentran, en algunas ocasiones, limitados debido a la imposibilidad de combinar las excelentes prestaciones de los materiales conocidos con algunas funcionalidades críticas necesarias para desarrollar nuevas aplicaciones tecnológicas. Estos nuevos materiales con un diseño a la carta resultan extremadamente interesantes ya que permiten combinar propiedades y funcionalidades actualmente inalcanzables. La circona, u oxido de zirconio (ZrO2), es un sólido cristalino blanco con enlaces iónicos altamente estables que es principalmente obtenido en forma de polvo para aplicaciones tecnológicas. Debido a sus propiedades física y químicas, la circona es un material cerámico que posee una serie de características excepcionales, que incluyen una dureza, tenacidad y fractura relativamente altas en comparación con otros materiales cerámicos, bajo coeficiente de fricción y alto punto de fusión. Además, es un material relativamente no reactivo cuando se expone a ambientes húmedos y corrosivos en comparación con otros materiales como metales y polímeros, con buena resistencia a altas temperaturas y abrasión. Todas estas propiedades posicionan a la circona como un material muy versátil con un amplio espectro de aplicaciones que abarca intercambiadores de calor, celdas de combustible, componentes de turbinas para sistemas aeronáuticos y generación de electricidad, así como para medicina, odontología y otras aplicaciones. El propósito de esta tesis doctoral es la obtención de materiales base circona que puedan ser empleados en la fabricación de nuevos composites con funcionalidades a la carta en sectores tecnológicos como el transporte, energía, medicina, etc. Para ello se utilizarán técnicas de sinterización no-convencionales: Microondas (MW) y Spark Plasma Sintering (SPS). Para este trabajo se plantea el estudio de distintos composites base circona: circona reforzada con óxido de niobio (Nb2O5), Titania (TiO2) y composites de circona reforzados con manganita de lantano dopada con estroncio (LSM). El resultado final de esta investigación permitirá determinar si las técnicas rápidas de sinterización no-convencional, permiten mejoran las propiedades mecánicas, eléctricas y magnéticas de los materiales obtenidos en comparación con la sinterización por métodos convencionales. / [CA] Els avenços tecnològics són, en algunes ocasions, limitats per la impossibilitat de combinar l'excel·lent comportament dels materials coneguts amb algunes funcionalitats crítiques necessàries per desenvolupar noves aplicacions tecnològiques. Aquests nous materials amb disseny a la carta resulten summament interessants ja que permeten combinar propietats i funcionalitats actualment inabastables. La circonia, o òxid de zirconi (ZrO2), és un sòlid cristal·lí blanc amb enllaços iònics altament estables que s'obté principalment en forma de pols per a aplicacions tecnològiques. A causa de les seves propietats físiques i químiques, la zircònia és un material ceràmic que posseeix una sèrie de característiques excepcionals, que inclouen duresa, tenacitat i fractura relativament altes en comparació amb altres materials ceràmics, baix coeficient de fricció i alt punt de fusió. A més, és un material relativament no reactiu quan s'exposa a ambients humits i corrosius en comparació amb altres materials com metalls i polímers, amb bona resistència a altes temperatures i abrasió. Totes aquestes propietats posicionen a la zircònia com un material molt versàtil amb un ampli espectre d'aplicacions que inclou intercanviadors de calor, piles de combustible, components de turbines per a sistemes aeronàutics i generació d'electricitat, així com per a medicina, odontologia i altres aplicacions. L'objectiu d'aquesta tesi doctoral és l'obtenció de materials base de zircònia que puguin ser utilitzats en la fabricació de nous compòsits amb funcionalitats sota demanda en sectors tecnològics com transport, energia, medicina, etc. Per a això, s'utilitzaran tècniques de sinterització no convencionals utilitzat: microones (MW) i sinterització per plasma d'espurna (SPS) Per a aquest treball es proposa l'estudi de diferents composites a força de zircònia: zircònia reforçada amb òxid de niobi (Nb2O5), titanat (TiO2) i composites de zircònia reforçats amb manganita de lantani dopat amb estronci (LSM). El resultat final d'aquesta investigació permetrà determinar si les tècniques de sinterització ràpida no convencional permeten millorar les propietats mecàniques, elèctriques i magnètiques dels materials obtinguts en comparació amb la sinterització per mètodes convencionals. / [EN] Technological advances are, on some occasions, limited due to the impossibility of combining the excellent performance of known materials with some critical functionalities necessary to develop new technological applications. These new materials of great design are extremely interesting since they allow combining properties and functionalities currently unattainable. Zirconia, or zirconium oxide (ZrO2), is a white crystalline solid with highly stable ionic bonds that is mainly obtained in powder form for technological applications. Due to its physical and chemical properties, zirconia is a ceramic material that possesses several exceptional characteristics, including relatively high hardness, toughness and fracture compared to other ceramic materials, low coefficient of friction, and high melting point. Furthermore, it is a relatively non-reactive material when exposed to humid and corrosive environments compared to other materials such as metals and polymers, with good resistance to high temperatures and abrasion. All these properties position zirconia as a very versatile material with a wide spectrum of applications that includes heat exchangers, fuel cells, turbine components for aeronautical systems and electricity generation, as well as for medicine, dentistry, and other applications. The purpose of this doctoral thesis is to obtain zirconia base materials that can be used in the manufacture of new composites with on-demand functionalities in technological sectors such as transport, energy, medicine, etc. For this, non-conventional sintering techniques will be used: Microwaves (MW) and Spark Plasma Sintering (SPS) For this work, the study of different zirconia-based composites is proposed: zirconia reinforced with niobium oxide (Nb2O5), titania (TiO2) and zirconia composites reinforced with strontium-doped lanthanum manganite (LSM). The result of this research will make it possible to determine whether rapid non-conventional sintering techniques allow the mechanical, electrical, and magnetic properties of the materials obtained to be improved compared to sintering by conventional methods. / El autor agradece a la Generalitat Valenciana por la ayuda económica recibida para la beca del programa Santiago Grisolía (GRISOLIAP/2018/168) / Guillén Pineda, RM. (2021). Desarrollo de materiales cerámicos base circona sinterizados mediante técnicas rápidas no convencionales [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/180231

No description available.

[ES] La tesis doctoral explora la aplicación potencial de fibras de lana de oveja, un subproducto sostenible de la industria láctea, como refuerzo en materiales poliméricos biodegradables, con un enfoque en los compuestos de ácido poliláctico (PLA). El objetivo principal es desarrollar y optimizar sistemas de polímeros reforzados con fibras (FRP) mediante el análisis de los efectos de las modificaciones en la superficie de las fibras y la variación en la composición de los compuestos en las propiedades mecánicas y térmicas. El estudio se divide en enfoques experimentales y computacionales, involucrando cuatro estudios experimentales principales y dos proyectos suplementarios de modelado basado en aprendizaje automático. Los estudios experimentales se centraron en la preparación y caracterización de mezclas de PLA y aceite de linaza maleinizado reforzadas con fibras de lana de oveja. Se aplicaron sistemáticamente tratamientos de superficie utilizando agentes acoplantes de silano y alcoxido para mejorar las interacciones entre las fibras y el polímero. En particular, el tratamiento con isopropóxido de titanio (IV) (triethanolamina) mejoró significativamente la resistencia a la tracción, mientras que el tratamiento con trimetoxi (2-(7-oxabiciclo[4.1.0]hept-3-il)etil)silano mostró la mayor resistencia al impacto entre los agentes probados. El análisis térmico reveló que estas modificaciones de superficie aumentaron las temperaturas de cristalización en frío y redujeron el grado general de cristalinidad, aunque los tratamientos con alcoxido afectaron desfavorablemente la estabilidad térmica al disminuir la temperatura de pérdida de masa del 5%. Investigaciones experimentales adicionales exploraron los efectos de mayores concentraciones de fibras de lana y mayores niveles de agentes de tratamiento superficial. Un contenido elevado de fibras generalmente resultó en una disminución de las propiedades de tracción debido a una unión insuficiente entre el polímero y las fibras; sin embargo, los tratamientos con silano compensaron parcialmente estos efectos negativos al mejorar el módulo de Young y la elongación a la rotura. Además, se empleó un pretratamiento con plasma en las fibras de lana para eliminar lípidos superficiales, lo que mejoró la elongación a la rotura, a pesar de una ligera reducción en la resistencia a la tracción. Los estudios de envejecimiento físico a largo plazo demostraron cambios significativos en la estructura cristalina y las transiciones térmicas de los compuestos de PLA, afectando su rendimiento mecánico y destacando la importancia de la estabilidad de los materiales en aplicaciones de biopolímeros. Siguiendo los esfuerzos experimentales, los estudios computacionales emplearon algoritmos de aprendizaje automático para predecir propiedades de los materiales basándose en los resultados de caracterización. Estos modelos predijeron eficazmente la resistencia a la tracción, la degradación térmica y otras propiedades de los materiales en diversas formulaciones, permitiendo así una exploración eficiente de un rango más amplio de composiciones con un costo experimental reducido. Los resultados de esta tesis confirman la viabilidad de utilizar fibras de lana de oveja como refuerzos efectivos y ecológicos para polímeros biodegradables basados en PLA. Las propiedades mecánicas y térmicas mejoradas a través de las modificaciones de la superficie de las fibras, combinadas con los modelos de aprendizaje automático, contribuyen al desarrollo de FRP sostenibles adecuados para aplicaciones diversas en los sectores automotriz, aeroespacial, agrícola y de productos de consumo. Esta investigación propone un enfoque para la utilización de materiales derivados de fuentes biológicas y promueve el uso de subproductos de la industria láctea, ofreciendo importantes beneficios ambientales e industriales. Además, el uso de modelado computacional proporciona un enfoque novedoso para la optimización de formulaciones de materiales. / [CA] La tesi doctoral explora l'aplicació potencial de fibres de llana d'ovella, un subproduct sostenible de la indústria làctia, com a reforç en materials polimèrics biodegradables, amb un enfocament específic en els compostos d'àcid polilàctic (PLA). L'objectiu principal és desenvolupar i optimitzar sistemes de polímers reforçats amb fibres (FRP) mitjançant l'anàlisi dels efectes de les modificacions en la superfície de les fibres i la variació en la composició dels compostos sobre les propietats mecàniques i tèrmiques. L'estudi es divideix en enfocaments experimentals i computacionals, amb quatre estudis experimentals principals i dos projectes suplementaris de modelatge basat en aprenentatge automàtic. Els estudis experimentals es van centrar en la preparació i caracterització de mescles de PLA i oli de lli maleïnitzat reforçades amb fibres de llana d'ovella. Es van aplicar sistemàticament tractaments de superfície utilitzant agents d'acoblament de silà i alcoxid per millorar les interaccions entre les fibres i el polímer. En particular, el tractament amb isopropòxid de titani (IV) (trietanolamina) va millorar significativament la resistència a la tracció, mentre que el tractament amb trimetoxisilà (2-(7-oxabiciclo[4.1.0]hept-3-il)etil) va mostrar la major resistència a l'impacte entre els agents provats. L'anàlisi tèrmica va revelar que aquestes modificacions de superfície van augmentar les temperatures de cristal·lització en fred i van reduir el grau general de cristallinitat, encara que els tractaments amb alcoxid van afectar desfavorablement l'estabilitat tèrmica en reduir la temperatura de pèrdua de massa del 5%. Investigacions experimentals addicionals van explorar els efectes de majors concentracions de fibres de llana i de nivells més alts d'agents de tractament superficial. Un alt contingut de fibres generalment va resultar en una disminució de les propietats de tracció a causa d'una unió insuficient entre el polímer i les fibres; tanmateix, els tractaments amb silà van compensar parcialment aquests efectes negatius en millorar el mòdul de Young i l'elongació en la ruptura. A més, es va utilitzar un pretractament amb plasma en les fibres de llana per eliminar els lípids superficials, fet que va millorar l'elongació en la ruptura, malgrat una lleugera reducció en la resistència a la tracció. Els estudis d'envelliment físic a llarg termini van demostrar canvis significatius en l'estructura cristal·lina i les transicions tèrmiques dels compostos de PLA, afectant el seu rendiment mecànic i ressaltant la importància de l'estabilitat dels materials en aplicacions de biopolímers. Seguint els esforços experimentals, els estudis computacionals van emprar algorismes d'aprenentatge automàtic per predir propietats dels materials basant-se en els resultats de caracterització. Aquests models van predir eficaçment la resistència a la tracció, la degradació tèrmica i altres propietats dels materials en diverses formulacions, permetent així una exploració eficient d'un rang més ampli de composicions amb un cost experimental reduït. Els resultats d'aquesta tesi confirmen la viabilitat d'utilitzar fibres de llana d'ovella com a reforços efectius i ecològics per a polímers biodegradables basats en PLA. Les propietats mecàniques i tèrmiques millorades mitjançant les modificacions de la superfície de les fibres, combinades amb els models d'aprenentatge automàtic, contribueixen al desenvolupament de FRP sostenibles adequats per a aplicacions diverses en els sectors de l'automoció, l'aeroespacial, l'agrícola i els productes de consum. Aquesta investigació proposa un enfocament per a la utilització de materials derivats de fonts biològiques i promou l'ús de subproductes de la indústria làctia, oferint importants beneficis ambientals i industrials. A més, l'ús de modelatge computacional proporciona un enfocament novedós per a l'optimització de formulacions de materials. / [EN] The doctoral thesis explores the potential application of sheep wool fibers, a sustainable by-product from the dairy industry, as reinforcement in biodegradable polymeric materials, specifically focusing on polylactic acid (PLA) composites. The primary objective is to develop and optimize fiber-reinforced polymer (FRP) systems by examining the effects of fiber surface modifications and varying composite compositions on mechanical and thermal properties. The study is divided into experimental and computational approaches, involving four main experimental studies and two supplementary machine learning modeling projects. Experimental studies focused on the preparation and characterization of PLA/maleinized linseed oil blends reinforced with sheep wool fibers. Surface treatments using silane and alkoxide coupling agents were systematically applied to enhance fiber-polymer interactions. Notably, treatment with titanium (IV) (triethanolaminate)isopropoxide significantly improved tensile strength, while trimethoxy (2-(7-oxabicyclo[4.1.0]hept-3-yl)ethyl)silane treatment yielded the highest impact strength among the tested agents. Thermal analysis revealed that these surface modifications increased cold crystallization temperatures and reduced the overall degree of crystallinity, although alkoxide treatments unfavorably affected thermal stability by lowering the temperature of 5% mass loss. Further experimental work explored the effects of increased wool fiber concentrations and higher levels of surface treatment agents. High fiber content generally resulted in reduced tensile properties due to insufficient polymer-fiber bonding; however, silane treatments partially compensated for these negative effects by enhancing Young's modulus and elongation at break. Additionally, plasma pretreatment of wool fibers was employed to remove surface lipids, which improved elongation at break despite a slight reduction in tensile strength. Long-term physical aging studies demonstrated significant changes in the crystalline structure and thermal transitions of PLA composites, impacting their mechanical performance and highlighting the importance of material stability in biopolymer applications. Following the experimental efforts, computational studies utilized machine learning algorithms to predict material properties based on the characterization results. These models effectively forecast tensile strength, thermal degradation, and other material properties across various formulations, thereby enabling the efficient exploration of a broader range of material compositions with reduced experimental cost. The results of this thesis confirm the possibility of using sheep wool fibers as effective, eco-friendly reinforcements for PLA-based biodegradable polymers. The enhanced mechanical and thermal properties achieved through fiber surface modifications, combined with the machine learning models, contribute to the development of sustainable FRPs suitable for diverse applications in automotive, aerospace, agricultural, and consumer product sectors. This research shows an approach for the utilization of bio-derived materials and promotes the usage of dairy industry by-products, offering significant environmental and industrial benefits. Furthermore, the use of computational modeling provides a novel approach for optimizing material formulations. / Pawlak, FJ. (2025). Use of wool reinforcements for biodegradable materials [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/214791