ایجاد سطوح چوبی فوق‌آب‌گریز و خود‌تمیزشونده ‌پایدار‎ ‎با پوشش‌ نانوهیبریدی سیلیکا‎/‎‏ موم ‌گیاهی‌ کارنابا بر‎ ‎پایه رزین اپوکسی ‏

سابقه و هدف: اصلاح سطح و پوشش دهی یکی از روش های موثر برای افزایش عملکرد و عمر مفید سازه های چوب محسوب می شود. انواع تکنیک های فوق آب گریزی با زاویه تماس بالای 150 درجه و زاویه لغزش کمتر از 10 درجه، علاوه بر ایجاد آبگریزی بسیار بالا، ماهیت ضد میکروبی و سایر خواص سطحی بستر را نیز بهبود می دهند. مواد فلوره و نانوذرات از رایج‌ترین مواد در این زمینه هستند. باوجوداین، مقاومت در برابر تخریب مکانیکی، رطوبتی و مسئله زیست‌محیطی در ارتباط با سطوح فوق آبگریز بسیار حائز اهمیت است. موم های طبیعی یکی از مواد کارآمد و سالم برای ایجاد پوشش فوق آبگریز بادوام با زیست سازگاری بالا مطرح هستند. در این تحقیق از نانو سیلیکای اصلاح شده با مواد الکیلی غیر فلوئوره در حضور رزین اپوکسی برای ایجاد سطوح فوق آبگریز روی چوب توس (betula pendula) استفاده شده است. همچنین، از موم گیاهی نخل کارنابا برای افزایش خودتمیزشوندگی و پایداری زاویه تماس در شرایط آسیب مکانیکی، رطوبتی و محیط های مخرب به‌طور مقایسه ای استفاده شده است.مواد و روش ها: از دودسیل تری کلروسیلان در حضور حلال تولوئن برای عامل‌دار و هیدروفوب کردن نانو سیلیکا استفاده شد. از فرمولاسیون حاوی 2 درصد نانو سیلیکای اصلاح شده و مقداری رزین اپوکسی به روش اسپره برای پوشش دهی و فوق آبگریز کردن چوب توس استفاده گردید. همچنین، از مقدار بهینه موم نخل برزیلی کارنابا (موم گیاهی) به عنوان عامل تقویت‌کننده و مقاوم ساز برای ساخت پوشش نانوهیبریدی استفاده شد. دوام و پایداری به تخریب مکانیکی (سایش سمباده، ضربه آب) و شرایط پرمخاطره (اسیدی، قلیایی، اشعه فرابنفش و حلال) بررسی گردید. در نهایت ظرفیت خودتمیزشوندگی سطوح چوبی فراوری شده، به روش های متفاوت کیفی (سطح شیب‌دار) و کمی (قطره‌گذاری) با استفاده از مایعات مصرفی خوراکی ارزیابی شد.یافته ها: هر دو نوع نانو پوشش کامپوزیتی (بدون موم) و هیبریدی (حاوی موم) سبب ایجاد ماهیت فوق آبگریزی روی چوب توس شدند. افزودن مقدار بهینه از موم کارنابا به ساختار نانو پوشش بر پایه اپوکسی، منجر به زاویه تماس 170 درجه و زاویه لغزش کمتر از 3 درجه قطره آب می شود. علاوه بر این، افزودن موم کارنابا سبب پایداری و استحکام سطوح فوق آب گریز در شرایط پرمخاطره آبی و مکانیکی (سایش سمباده) شد. بالاترین میزان پایداری در محیط های پرمخاطره مربوط به نانو پوشش هیبریدی بود. بالاترین میزان زاویه تماس برای آب انار و کمترین برای شیر مشاهده شد. همچنین، ظرفیت خودتمیزشوندگی با انواع نوشیدنی نوشابه زرد و مشکی بر روی سطح فوق آبگریز موفقیت‌آمیز بود.نتیجه‌گیری: استفاده از موم کارنابا سبب افزایش زاویه تماس و کاهش زاویه لغزش شد. استفاده از موم کارنابا سبب بهبود چشمگیر خواص مکانیکی و ضدآبی پوشش فوق آبگریز شد. ماهیت شیمیایی موم درون پوشش نانو هیبریدی دلیل برتری پوشش فوق آبگریز روی چوب است. سطح فوق آب گریز ساخته شده با پوشش نانوهیبریدی در حضور موم کارنابا دارای ظرفیت خودتمیزشوندگی، زیست سازگاری و پایداری در شرایط سرویس بوده و برای حفاظت از انواع سطوح عمومی در زمینه مواد غذایی، به‌ویژه مواد لیگنوسلولزی مانند چوب و کاغذ می‌تواند استفاده شود.

fabrication of durable, super-hydrophobic and self-cleaning wood surfaces with silica-carnauba wax, nano-hybrid coating into epoxy resin matrix

background and objectives: surface modification and coating is one of the effective methods to increase the performance and service life of wooden structures. all kinds of super-hydrophobic techniques with a contact angle above 150 degrees and a sliding angle less than 10 degrees, in addition to creating high hydrophobicity, also improve the antimicrobial and other surface properties of the substrate. nevertheless, resistance to mechanical and moisture damage are very important in connection with super-hydrophobic surfaces. natural waxes are one of the efficient and healthy materials for creating a durable super-hydrophobic coating with high biocompatibility. in this research, nano-silica modified with non-fluorine alkyl materials in the presence of epoxy resin has been used to create superhydrophobic surfaces of birch wood (betula pendula). also, carnauba wax has been used to improve water repellency, self-cleaning property and durability in conditions of mechanical damage, humidity and harsh environments, comparatively.materials and methods: dodecyltrichlorosilane was used in the presence of toluene solvent for functionalizing and hydrophobicizing silica nanoparticles. a formulation containing 2% of modified nano silica and some epoxy resin was used by spray method to fabricate super-hydrophobic coating on birch wood. also, the optimal amount of vegetable carnauba wax (brazilian palm) was used as a reinforcing agent to make the nanohybrid formulation. durability and stability to mechanical damage (sandpaper abrasion, water impact) and harsh environments (acidic, alkaline, ultraviolet rays and solvents) were investigated. finally, the self-cleaning potential of the processed wooden surfaces was evaluated by qualitative (inclined surface) and quantitative (dropping) methods using edible liquids.results: both types of nanocomposite (without wax) and nanohybrid (containing wax) coatings caused the super-hydrophobicity on birch wood. the adding the optimal amount of carnauba wax to the epoxy-based nanocoating structure leads to a contact angle of 170 degrees and a sliding angle of less than 3 degrees by water drops. in addition, carnauba wax caused the stability and strength of superhydrophobic surfaces in aging and mechanical conditions. the highest level of stability in harsh environments was related to the hybrid nanocoating. the highest contact angle was observed for pomegranate juice and the lowest for milk. also, the self-cleaning potential with various types of fanta and coca-cola drinks on the superhydrophobic surface was successful.conclusion: the use of carnauba wax increased the contact angle and decreased the sliding angle. the use of carnauba wax significantly improved the mechanical properties and water-repellency of the super-hydrophobic coating. the chemical nature and morphological structure of wax in the coating is the reason for this superiority. the super-hydrophobic surface made with nanohybrid coating in the presence of carnauba wax has the potential of self-cleaning, biocompatibility and stability in service conditions and can be used to protect all types of general surfaces in the field of food, especially lignocellulosic substrates such as wood and paper.