Orientadora : Profª. Drª. Graciela Ines Bolzon de Muniz / Coorientador : Dr. Washington Luiz Esteves Magalhães / Coorientadora : Profª. Drª. Silvana Nisgoski / Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Florestal. Defesa: Curitiba, 17/02/2017 / Inclui referências ao final de cada capítulo / Resumo: A adesão de materiais e revestimentos em madeira e produtos à base de madeira é um problema recorrente, o qual demanda o desenvolvimento e/ou melhor compreensão de tratamentos físicos e químicos. Uma das alternativas existentes e altamente empregadas em outros setores, porém ainda pouco explorada no setor florestal e madeireiro, é a tecnologia de plasma. O plasma é amplamente utilizado para a modificação da superfície, mantendo intacta as propriedades estruturais dos materiais. Nesse contexto, o presente trabalho foi desenvolvido com o objetivo de utilizar a tecnologia de plasma para modificar a superfície de madeira e produtos à base de madeira com foco na adesão e deposição de revestimentos. Dividiu-se o trabalho em capítulos e investigou-se o efeito do tratamento por plasma frio em atmosfera de hélio em painéis de fibras de madeira de densidade média (MDF); as propriedades de adesão, formação de um filme acrílico e o comportamento frente a exposição ao ambiente (aging) da superfície de painéis MDF tratados com plasma frio de argônio; a adesão de nanopartículas de óxido de alumínio na superfície de compósitos plástico-madeira (WPC) tratados com plasma frio de argônio; e a deposição de filmes hidrofóbicos de fluorocarbono em madeira sólida por meio de um reator a pressão atmosférica. As investigações em cada tópico abordado foram guiadas por meio de ensaios de caracterização física e química de superfícies, principalmente energia livre de superfície, espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios-X, microscopia eletrônica de varredura, profilometria 3D, resistência a tração pelo método pull-off e espectroscopia de ondas difusas. Os principais resultados mostraram o aumento da molhabilidade de painéis MDF em função da maior potência e tempo de tratamento aplicados. Um maior nível de potência possibilita a redução do tempo de tratamento. O tratamento por plasma frio de argônio aumentou a adesão madeira/revestimento em painéis MDF, bem como reduziu o tempo de formação de um revestimento acrílico devido a rápida movimentação das partículas na superfície dos painéis. Porém, os painéis MDF recuperaram parcialmente a sua hidrofobicidade natural durante os primeiros dez dias de exposição ao ambiente. O tratamento por plasma frio de argônio melhorou a adesão e a dispersão de nanopartículas de óxido de alumínio na superfície dos WPC. Além disso, verificou-se maior molhabilidade e maior rugosidade da superfície. O tratamento por plasma frio de C3F8 a pressão atmosférica resultou na inserção de grupos funcionais de fluorocarbono na superfície das madeiras de Picea glauca e Erisma uncinatum, contribuindo para a formação de uma superfície hidrofóbica. A utilização de um pré-tratamento de oxigênio contribuiu negativamente no grau de repelência da superfície revestida com plasma de C3F8. A superfície hidrofóbica das madeiras das duas espécies não apresentou modificações significativas após exposição ao ambiente. Em geral, os tratamentos por plasma frio contribuíram positivamente para melhorar as propriedades de superfície da madeira e dos produtos à base de madeira, tanto para fins de maior adesão interfacial quanto para formação de uma superfície com alto grau de repelência a solventes polares. Palavras-chave: Tecnologia de plasma. Energia de superfície. Modificação de superfície. Molhabilidade. Hidrofobicidade. Adesão interfacial. / Abstract: The adhesion of materials and coatings in both wood and wood-based products is a recurrent problem, which demands the development and/or the better understanding of physical and chemical treatments. One of the existing alternatives is the plasma technology, which is highly applied in other sectors, but not fully explored in the forest sector. Plasma is widely used for surface modification, keeping the same structural properties of the materials. In this context, this work aimed to use the plasma technology to modify the surface of both wood and wood-based products, focusing their adhesion and their coating. This work was divided in chapters to investigate the effect of helium cold plasma in medium density fiberboard (MDF) panels; the adhesion properties, the formation of an acrylic film and the aging behavior of MDF panels treated with argon cold plasma; the adhesion of aluminum oxide nanoparticles on the wood-plastic composites (WPC) treated with argon cold plasma; and the deposition of hydrophobic fluorocarbon films on solid woods using an atmospheric pressure plasma reactor. The investigations for each topic were driven by physical and chemical surface characterizations, especially surface free energy, X-ray photoelectron spectroscopy, scanning electron microscopy, 3D profilometry, pull-off strength and diffusion wave spectroscopy. The main results showed the increase of wettability of MDF panels as a function of the energy level and the time of treatment applied. Higher energy levels decreased the time of treatment to obtain the same results. Argon cold plasma improved the wood/coating adhesion, and a film formation process occurred in shorter time for plasma treated MDF panels due to the faster motion of particles. Nevertheless, the MDF panels recovered partially their natural hydrophobicity in the first ten days of storage. The argon cold plasma improved both the adhesion and the dispersion of aluminum oxide nanoparticles on the WPC surface. Furthermore, the plasma treatment increased the wettability and the composites presented a rougher surface. The atmospheric pressure cold plasma treatments using gas C3F8 was able to coat the wood surface of Picea glauca and Erisma uncinatum with fluorocarbon functional groups, leading for a hydrophobic surface. A pre-treatment with oxygen plasma affected negatively the degree of repellence of the woods plasma-coated with C3F8. The hydrophobic surface of both wood species did not present significant changes after the aging exposure. In general, the cold plasma treatments contributed positively to improve the surface properties of both wood and wood-based products, either for higher interfacial adhesion or the formation of a surface with higher degree of repellence against polar solvents. Keywords: Plasma technology. Surface energy. Surface modification. Wettability. Hydrophobicity. Interfacial adhesion.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:dspace.c3sl.ufpr.br:1884/48870 |
| Date | January 2017 |
| Creators | Cademartori, Pedro Henrique Gonzalez de |
| Contributors | Magalhães, Washington Luiz Esteves, Nisgoski, Silvana, Universidade Federal do Paraná. Setor de Ciências Agrárias. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Florestal, Bolzón de Muñiz, Graciela Inés |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | 147 f. : il., algumas color., grafs., tabs., application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFPR, instname:Universidade Federal do Paraná, instacron:UFPR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | Disponível em formato digital |
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