Fabbricazione e test di un nucleo multifunzionale SiO2@ZnO

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 12321 (2023) Citare questo articolo

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Riportiamo lo sviluppo di un sistema di rivestimento basato sull'incorporazione di nanosfere core-shell SiO2@ZnO in supporti poliuretanici come un nuovo approccio per ottenere longevità e sostenibilità nel trasporto marittimo. Questo rivestimento polimerico ha mostrato un miglioramento significativo nella resistenza all'abrasione superficiale, la transizione da uno stato idrofilo a uno stato idrofobo (~ 125,2° ± 2°), effetti antifungini, antibatterici e antialghe migliorati che rendono il rivestimento proposto ideale per proteggere le superfici in acciaio dal biofouling. Per dimostrare le nostre affermazioni, abbiamo eseguito diffrazione di raggi X, microscopia elettronica a trasmissione, spettroscopia infrarossa in trasformata di Fourier, microscopia acustica a scansione, analisi termogravimetrica (TGA), misurazioni dell'angolo di contatto, test antimicrobici (antialgali, antibatterici, antifungini) e test di abrasione Taber (ASTM). D1044 e D4060) per evidenziare la funzionalità meccanica e biologica nonché la configurazione di legame di questo rivestimento. L'analisi dell'usura del rivestimento abraso Taber mediante SEM e microscopia ottica ha mostrato un miglioramento significativo nell'adesione e nella resistenza al taglio ottenuti dalle nanosfere nucleo-guscio SiO2@ZnO incorporate nel rivestimento in PU che era una caratteristica contrastante rispetto all'utilizzo del solo PU. Le indagini complessive che abbiamo eseguito ci hanno portato a scoprire che l'aggiunta del 4% (in peso) di nanoparticelle nucleo-guscio SiO2@ZnO al supporto PU depositato sulla superficie dell'acciaio a basso tenore di carbonio ha dimostrato notevoli prestazioni antimicrobiche con quasi nessuna crescita batterica, riduzioni significative nella crescita delle alghe a circa il 90% e dei funghi a circa il 95%.

Le superfici di vari prodotti utilizzati a livello commerciale, quali veicoli per il trasporto automobilistico e commerciale, acciaio strutturale per petrolio e gas offshore e onshore, navi, moduli di alloggio, parti esterne di condutture, strutture architettoniche e strutturali in acciaio per la vendita al dettaglio e commerciale, sono ricoperte con rivestimenti polimerici per fornire loro una migliore funzionalità. I rivestimenti polimerici possono essere protettivi (anticorrosivi), estetici (vernici) o aggiungere nuove funzionalità (adesivi, pellicole fotografiche). I rivestimenti polimerici, costituiti principalmente da materiali organici, se miscelati con metalli o ceramica o una combinazione di essi danno luogo alla formazione di rivestimenti nanocompositi che possono migliorare ulteriormente l'utilità e la durata di un componente1,2. Per le applicazioni esterne sono necessari rivestimenti ad alte prestazioni e super resistenti poiché la fotodegradazione riduce la resistenza di un rivestimento polimerico. Una nuova innovazione nei materiali che ha iniziato ad apparire nell'arena dei sistemi di rivestimento è la miscelazione di nanosfere/nanoparticelle nucleo-guscio in un mezzo genitore. Una nanosfera nucleo-guscio è essenzialmente una nanoparticella composita avente un nucleo solido o cavo all'interno e un altro materiale depositato come guscio. Si ottengono così due stati della materia che vengono intervallati da un terzo stato della materia come un mezzo polimerico in una certa percentuale in peso per ottenere una valanga di nuove funzionalità che non possono essere ottenute né dalla matrice madre né dai materiali core-shell. solo3. Il diagramma schematico che illustra il concetto fondamentale delle nanoparticelle core-shell può essere visto dalle informazioni supplementari (vedi Fig S1).

Core-shell (CS) è un materiale bifase con una struttura del nucleo interno e un guscio esterno. Pertanto, le nanoparticelle nucleo/guscio sono materiali funzionali che possono essere regolati per ottenere proprietà desiderabili4. A volte, le caratteristiche risultanti dai materiali del nucleo o del guscio possono essere molto diverse. Sia i materiali costituenti che il rapporto nucleo/involucro possono essere modificati per alterare le caratteristiche. Gli attributi della particella centrale, come la reattività o la stabilità termica, possono essere alterati dal rivestimento del materiale del guscio, aumentando la stabilità e la disperdibilità della particella centrale. Le particelle nucleo-guscio processate mostrano qualità distintive. Ciò è particolarmente vero per quanto riguarda la capacità intrinseca di adattare le funzionalità della superficie per soddisfare le varie esigenze applicative. La formazione del guscio sulla particella centrale serve a diversi scopi, tra cui la modifica della superficie, la capacità di migliorare la funzionalità, la stabilità, la disperdibilità, il rilascio controllato del nucleo, la riduzione del consumo di materiali preziosi e altri5.