Studio delle potenzialità di nanocomposti con proprietà idrorepellenti: l effetto Foglia di Loto. Marco Nogarole Stefani Chimis Srl

Dimensione: px

Iniziare la visualizzazioe della pagina:

Download "Studio delle potenzialità di nanocomposti con proprietà idrorepellenti: l effetto Foglia di Loto. Marco Nogarole Stefani Chimis Srl"

Rosangela Niccolina Bartolini
7 anni fa
Visualizzazioni

1 Studio delle potenzialità di nanocomposti con proprietà idrorepellenti: l effetto Foglia di Loto Marco Nogarole Stefani Chimis Srl 1

2 Nanotecnologie - Definizione - Per qualificare una metodica di preparazione nanotecnologica non è sufficiente che la struttura sia di taglia inferiore alla decina di nm ma è essenziale che la collocazione nello spazio sia controllata e ripetibile. Come le grandezze possono modificare le proprietà macroscopiche Punto di fusione: Il ghiaccio fonde a 0 ed è una proprietà intensiva ossia non dipende dalla quantità di ghiaccio, fonde sempre a 0. Schema di un reticolo cristallino La fusione avviene quando tutte le particelle del cristallo sono soggette alle medesime vibrazioni. Tutte le particelle all interno del cristallo risentono dell influenza delle particelle che la circondano allo stesso modo. Questo vale per un solido infinito o per un cristallo dell orine di un micron il cui il numero di particelle esterne sono molto inferiori a quelle interne. Nel caso di nanocristalli, dato che il punto di fusione è definito come la temperatura alla quale l agitazione termica di tutte le particelle eccede un definito valore critico, il punto di fusione sarà diverso (minore) ma dipenderà anche dalla forma e dimensione del nanocristallo nonostante si parli della stesse molecole. 2

3 Nano esempi Vetrai del medioevo lavoravano il vetro conferendo colori diversi utilizzando nanoparticelle d oro di grandezza diversa disperse in matrici vetrose. La dinamica dei processi biologici, ad esempio quella regolata dalle pareti cellulari, è a pieno titolo nanotecnologica: ordinamento, riproducibilità e dimensioni nanometriche (in questo caso molecolari) 3

$Nanocompositi per rifinizione della pelle Idro\oleo repellenza: effetto foglia di loto simulazione grafica dell$ idrofobica per diminuire l area di contatto.

idrofobica per diminuire l area di contatto.

4 Nanocompositi per rifinizione della pelle Idro\oleo repellenza: effetto foglia di loto simulazione grafica dell effetto Loto Soil-repellence: LotusEffect Combinazione di microstrutture e nanostrutture rivestite da una cera idrofobica per diminuire l area di contatto. Collegamento fra rugosità e autopulenza: a sinistra una superficie liscia, a destra una superficie a rugosità controllata con la goccia d acqua che ingloba temporaneamente le particelle di sporco. 4

5 Da dove deriva l autopulizia Effetto Loto 5

6 Strategie perseguite per l ottenimento di comportamento oleo/idrorepellente attraverso effetto Loto su pelle in crust. A) Creazione di rugosità superficiale adeguata e successiva funzionalizzazione chimica Morfologia Funzionalizzazione chimica 6 6

7 Strategia A: Creazione di rugosità superficiale adeguata e successiva funzionalizzazione chimica 1) nanoparticelle di SiO 2 2)Deposizione sulla pelle 3)Funzionalizzazione delle particelle con composti fluorurati del tipo CF 3 (CF 2 ) n Si(Cl) 3 7

8 Strategia B: Funzionalizzazione delle nanoparticelle e successiva deposizione su pelle 1) Funzionalizzazione di nanoparticelle di SiO 2 con fluoroalchilsilossani 2)Deposizione sulla pelle 8

9 La morfologia: influenza dimensionale delle nanoparticelle 30 nm 60 nm Nanoparticelle con taglia differente: 120 nm 350 nm 270 nm 9

10 Procedura di applicazione La procedura di applicazione su pelle nubuck può essere suddivisa in 3 fasi: trattamento termico sulla pelle iniziale a 80 C; deposizione delle nanoparticelle a spruzzo fino a 4 deposizioni successive; Trattamento in forno ad 80 Funzionalizzazione delle nanoparticelle mediante spruzzatura di composti silanici ad una concetrazione di 4%. Essicazione fianle 80 C 10

11 VARIABILI SPERIMENTALI Dimensioni delle nanoparticelle di prima deposizione per creare una rugosità opportuna. Entità di suddette deposizioni (da 1 a 4) Tipo di funzionalizzazione chimica

12 Sintesi di nanoparticelle di silice metodo sol-gel Sintesi in condizioni basiche (sistema etanolo, idrossido d ammonio, tetraetossisilano). Dimensione particelle (nm) cc etoh cc NH4OH cc TEOS ,7 1,5 0, ,06 1,5 0, ,1 1,5 0,5 12

13 Analisi al SEM di particelle da 350 nm depositate su pelle Dall analisi eseguita è possibile confermare come le particelle depositate corrispondano alla taglia selezionata in fase di sintesi 13

14 Spettroscopia infrarossa a riflessione totale attenuata (ATR-IR) L analisi avvalora la tesi che gli strati di nanoparticelle si dispongano principalmente sulla superficie ed aumentino di spessore all aumentare del numero di depositi successivi A S pettro A T R -IR con background aria 0.16 P elle non trattata FA S _4-350 FA S _3-350 FA S _2-350 FA S _1-350 FA S _1-120N T A Lunghezza d'onda B C

15 Funzionalizzazione con silani Sigla Nome Formula CAS pm d D Dimetildimetossisilano (CH 3 ) 2 Si(OC 2 H 5 ) diethoxydimethylsilane H 3 C CH 3 O O Si H 3 C CH 3 F FAS-13 CF 3 (CF 2 ) 5 CH 2 CH 2 SiCl 3 Tricloroperfluoropropilsilano F 1H,1H,2H,2H- F 3 C F F F F Cl Perfluorooctyltrichlorosilane F F Si F F Cl Cl F T Triclorotrifluoropropilsilano CF 3 CH 2 CH 2 SiCl ,3,3-Trifluoropropyltrichlorosilane trichloro(3,3,3- F 3 C Cl trifluoropropyl)silane Si Cl Cl M Polimero acrilico fluorurato composto fluorurato al 19% Z Alchil silano fluorurato composto fluorurato al 50% in isopropanolo 15

16 Tossicità dei composti PFAS o PFAC I perfluoroalchil solfonati (PFAS) e i perfluoroalchil carbossilati (PFAC) sono impiegati per la sintesi di numerosi polimeri allo scopo di impartire oleo e idro repellenza. PFAS o PFAC possono essere liberati nell ambiente per degradazione con problemi di bioaccumulo e tossicità. Incrementa la mortalità per cancro alla vescica. Tra i PFAS ci sono i perfluoro ottilsolfonati C 8 F 17 SO 2 X (PFOS) e l acido perfluoro ottanoico (PFOA) PFOS contenuto nella restrizione dell Allegato XVII REACH Limiti di PFOS < 1µg/m 2 sul materiale finito Gli acidi perfluorurati con catena di atomi di carbonio < 8 risultano avere una scarsa entità di bioaccumulo e tossicità al contrario di quelli a catena più lunga. 16

17 Valutazione dei trattamenti La valutazione dei trattamenti si è basata principalmente su due tecniche: la misura dell angolo di contatto, per studiarne l idrorepellenza. l analisi colorimetrica, con la quale si determina la variazione cromatica dei provini di pelle al variare del numero di strati di nanoparticelle e, a parità di numero di strati, la differenza tra un trattamento e l altro; 17

18 Misure di angolo di contatto 18

19 Misura dell angolo di contatto 19

20 Andamento del volume della goccia nel tempo 20 Volume goccia cia (µl) non trattata perfluoro 3M Z6704 BT240+FAS piastrella Tempo (sec) 20

21 Migliore prestazione raggiunta Angolo di contatto costante entro la prima ora Volume della goccia:l acqua evapora e la goccia non viene assorbita dalla pelle 21

22 140.0 Angolo Contatto M-120 3M-350 FAS-120 FAS-350 FAS-270 FAS-120NT Z-120 Prodotti min max media In Figura sono riportati, per famiglia dei trattamenti maggiormente performanti il valore inferiore, superiore e medio di angolo di contatto. Sono cerchiati in rosso le famiglie che esibiscono il 22 miglior risultato. In blu è cerchiato il secondo miglior risultato.

23 6.00E E E-12 V 3.00E E E E+00 3M-120 3M-350 FAS-120 FAS-350 FAS-270 FAS-120NT Z-120 Prodotti V min V max V medio In Figura, per famiglia dei trattamenti maggiormente performanti: la variazione del volume della goccia (minimo, massimo e medio) nell arco di tempo della prova (3600 s). Sono cerchiati in rosso le famiglie che esibiscono il miglior risultato In blu il secondo miglior risultato. 23

24 Misure di permeabilità al vapor acqueo Traspirabilità I.U.P. /15 Crust non trattato 11 Trattamentocon prodotti Z o 3M Valori in mg/cm2h 7-8 Film del prodotto di trattamento Trattamento con FAS-1-350nm 10

Variazioni di colore indotte dai rivestimenti Misure effettuate mediante colorimetro Le variazioni colorimetriche dei provini, a seguito dei trattamenti con le

dal verde al rosso b* la variazione del blu al giallo.

25 Variazioni di colore indotte dai rivestimenti Misure effettuate mediante colorimetro Le variazioni colorimetriche dei provini, a seguito dei trattamenti con le nanoparticelle e i vari prodotti funzionalizzanti, sono state valutate considerando le tre coordinate cromatiche L*a*b*, in cui: L* indica la luminosità a* la variazione dal verde al rosso b* la variazione del blu al giallo. La distanza euclidea tra le coordinate CIELAB permette di valutare l effettiva differenza tra due colori e se tale differenza cromatica è percepibile dall occhio umano. Tale distanza, indicata dal simbolo E*, è definita secondo la seguente equazione: E* = [( L*) 2 + ( a*) 2 + ( b*) 2 ] 1/2 25

26 Variazioni di colore indotte dai rivestimenti TRATTAMENTO E* 3M 3.6 Z 5.7 FAS-2-270nm 13.9 FAS-1-350nm 3.4 Secondo la teoria colorimetrica, la differenza tra due colori non è percepibile all occhio umano quando il loro E* è minore di 3; nel caso in cui tale valore risulti invece >10, la differenza è ben visibile. 26

27 Conclusioni Dalle prove effettuate, valutate in base a criteri di idrofobicità considerando sia in valore di angolo di contatto sia la variazione del volume della goccia d acqua sul substrato trattato, il miglior risultato ottenuto si è evidenziato per la famiglia FAS-350. Di questa si è comparato il campione con il maggior angolo di contatto (FAS-1-350) con altri campioni esibenti idrofobicità ad elevate prestazioni per osservare, dal punto di vista colorimetrico, quanto il ricoprimento modificasse le caratteristiche estetiche originarie. Da queste ultime prove, anche in quest occasione la famiglia FAS-350 esibisce il miglior risultato. E quindi ragionevole affermare che questa famiglia di ricoprimenti rappresenti la miglior soluzione, tra le prove eseguite, per conferire proprietà idrofobiche alla pelle di tipo pieno fiore senza alterarne sostanzialmente la colorazione. 27

28 GRAZIE PER LA VOSTRA ATTENZIONE Dr. Marco Nogarole Stefani Chimis Srl 28

Documenti analoghi

L impermeabilizzazione del cuoio: caratteristiche e prestazioni dei trattamenti di idro e oleorepellenza

L impermeabilizzazione del cuoio: caratteristiche e prestazioni dei trattamenti di idro e oleorepellenza B. Naviglio, G. Calvanese, C. Florio, D. Caracciolo, M. Scotti Stazione Sperimentale per l Industria