Fabricação e teste de um núcleo multifuncional de SiO2@ZnO

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 12321 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

Relatamos o desenvolvimento de um sistema de revestimento baseado na incorporação de nanoesferas núcleo-invólucro de SiO@ZnO em meios de poliuretano como uma nova abordagem para alcançar longevidade e sustentabilidade no transporte marítimo. Este revestimento polimérico apresentou melhoria significativa na resistência à abrasão superficial, a transição de um estado hidrofílico para um estado hidrofóbico (~ 125,2° ± 2°), melhores efeitos antifúngicos, antibacterianos e antialgas que tornam o revestimento proposto ideal para proteger superfícies de aço contra bioincrustações. Para fundamentar nossas afirmações, realizamos difração de raios X, microscopia eletrônica de transmissão, espectroscopia infravermelha com transformada de Fourier, microscopia acústica de varredura, análise termogravimétrica (TGA), medições de ângulo de contato, testes antimicrobianos (antialgal, antibacteriano, antifúngico) e testes de abrasão Taber (ASTM D1044 e D4060) para destacar a funcionalidade mecânica e biológica, bem como a configuração de ligação deste revestimento. A análise de desgaste do revestimento abrasado Taber usando MEV e microscopia óptica mostrou melhora significativa na adesão e resistência ao cisalhamento alcançada pelas nanoesferas núcleo-casca SiO @ ZnO incorporaram revestimento de PU, o que foi uma característica contrastante em comparação ao uso isolado de PU. As investigações gerais que realizamos nos levaram a descobrir que a adição de 4% (em peso) de nanopartículas núcleo-invólucro de SiO2@ZnO ao meio de PU depositado na superfície do aço de baixo carbono demonstrou notável desempenho antimicrobiano com quase nenhum crescimento bacteriano, reduções significativas no crescimento de algas para cerca de 90% e de fungos para cerca de 95%.

Superfícies de vários produtos utilizados comercialmente, como veículos de transporte automotivo e comercial, aço estrutural de petróleo e gás offshore e onshore, embarcações, módulos de acomodação, exteriores de oleodutos, estruturas metálicas arquitetônicas e estruturais de varejo e comerciais são cobertas com revestimentos de polímero para proporcionar-lhes melhor funcionalidade. Os revestimentos poliméricos podem ser protetores (anticorrosivos), estéticos (pintura) ou agregar novas funcionalidades (adesivos, filmes fotográficos). Os revestimentos poliméricos, que são em sua maioria feitos de materiais orgânicos, quando misturados com metais ou cerâmicas ou uma combinação deles resultam na formação de revestimentos nanocompósitos que podem aumentar ainda mais a utilidade e durabilidade de um componente1,2. Revestimentos de alto desempenho e superduráveis ​​são necessários para aplicações externas, uma vez que a fotodegradação reduz a resistência de um revestimento de polímero. Uma nova inovação em materiais que começou a aparecer na área de sistemas de revestimento é a mistura de nanoesferas/nanopartículas núcleo-invólucro em um meio original. Uma nanoesfera núcleo-invólucro é essencialmente uma nanopartícula composta tendo um núcleo sólido ou oco no interior e outro material depositado como um invólucro. Assim, são derivados dois estados da matéria que são intercalados com um terceiro estado da matéria, como um meio polimérico, em uma certa porcentagem em peso, para alcançar uma avalanche de novas funcionalidades que não podem ser obtidas nem pela matriz original nem pelos materiais núcleo-invólucro. sozinho3. O diagrama esquemático que ilustra o conceito fundamental de nanopartículas core-shell pode ser visto nas informações suplementares (ver Fig S1).

Core-shell (CS) é um material bifásico com uma estrutura de núcleo interna e uma casca externa. Assim, as nanopartículas núcleo/invólucro são materiais funcionais que podem ser ajustados para alcançar propriedades desejáveis4. Às vezes, as características resultantes dos materiais do núcleo ou do invólucro podem ser muito diferentes. Tanto os materiais constituintes quanto a proporção entre núcleo e casca podem ser alterados para alterar as características. Os atributos da partícula central, como reatividade ou estabilidade térmica, podem ser alterados pelo revestimento do material do invólucro, aumentando a estabilidade e a dispersibilidade da partícula central. As partículas núcleo-invólucro processadas exibem qualidades distintas. Isto é particularmente verdadeiro no que diz respeito à capacidade inerente de ajustar as funcionalidades da superfície para satisfazer as diversas necessidades de aplicação. A formação do invólucro na partícula do núcleo serve a uma variedade de propósitos, incluindo modificação da superfície, capacidade de melhorar a funcionalidade, estabilidade, dispersibilidade, liberação controlada do núcleo, redução no consumo de materiais preciosos e outros5.