Avaliação da degradação natural e acelerada de revestimentos orgânicos

A proteção de materiais com alto valor agregado contra as intempéries é de grande importância tecnológica e econômica. Atualmente, a principal defesa diante do desgaste natural destes materiais é o revestimento, seja inorgânico, orgânico ou metálico. Um revestimento pode atuar de diversas formas para proteger o material em questão, atuando como barreira física, metal de sacrifício ou proteção anódica. O desenvolvimento de revestimentos protetores de alta durabilidade e baixo custo é de suma importância para o crescimento da indústria e das cidades em todo o mundo. Diante disso, este trabalho estuda a degradação de quatro revestimentos orgânicos comerciais, de diferentes composições químicas e propriedades físicas, com o objetivo de interpretar os fenômenos que ocorrem durante os ensaios e investigar as falhas apresentadas ao longo do tempo. As análises foram realizadas com uma tinta epóxi branca, uma tinta poliuretânica branca, uma tinta alquídica branca e um verniz acrílico. Cada um dos revestimentos estudados possui um mecanismo diferente de formação do filme sobre o substrato escolhido, aço carbono, e, portanto, possui características individuais específicas. A degradação dos filmes orgânicos foi realizada com a exposição dos corpos de prova à radiação ultravioleta (UV), de forma natural e acelerada, a fim também de avaliar diferenças e o comportamento destes revestimentos As amostras em exposição natural permaneceram durante um ano em contato com radiações solares, umidade, chuva e variações de temperatura. Já as amostras em exposição acelerada foram ensaiadas em uma câmara de intempéries aceleradas de UV por até 2000 horas. A degradação dos filmes foi acompanhada durante todos os ensaios e analisada por diferentes técnicas de caracterização, tais como: DSC, FTIR, MEV, EDS, FRX, microscopia óptica, espectrofotometria de cor; ensaios mecânicos de impacto, flexibilidade, aderência, rugosidade, além de medições periódicas de espessura. Paralelamente, exposições prolongadas em câmara úmida e névoa salina foram realizadas como parâmetro de comparação. Os resultados demonstram que a tinta poliuretânica sofre menores variações de cor e brilho, após os ensaios de degradação e que o verniz acrílico é o mais afetado na maioria dos casos. A tinta alquídica sofreu alterações significativas em névoa salina, entretanto, teve melhoras em suas propriedades mecânicas após as exposições ao UV. Quanto à comparação entre o ensaio de degradação natural e o artificial, conclui-se que cada ensaio interfere de diferentes maneiras nas propriedades dos revestimentos.The protection of materials with high added value against the weather has great technological and economic significance. Currently, the main defense against the natural wear of these materials is the coating, whether inorganic, organic or metallic. A coating can act in various ways to protect the material in question, acting as a physical barrier, sacrificial metal or anodic protection. The development of protective coatings of high durability and low cost is very important for the growth of industry and cities around the world. Therefore, in this work are studied the degradation of four organic coatings, with different chemical compositions and physical properties, in order to interpret the phenomena that occur during the tests and to investigate the failures presented over time. The analyses were performed with a white epoxy paint, a white polyurethane paint, a white alkyd paint and an acrylic lacquer. Each one of the studied coatings has a different mechanism of film formation on the chosen substrate, carbon steel, and therefore has specific individual characteristics. The degradation of the organic films was carried out by exposing the specimens to ultraviolet (UV) radiation, in a natural and accelerated way, in order to clarify their differences and establish comparisons. The samples in natural exposure remained for a year outside, in contact with solar radiation, humidity, rainfall and temperature variations The accelerated exposure samples were tested in a chamber of accelerated UV for up to 2000 hours. The films degradation were monitored during all the tests and analysed by different characterization techniques, such as: DSC, FTIR, SEM, EDS, FRX, optical microscopy, color spectrophotometry; mechanical impact tests, flexibility, adhesion, roughness, in addition to periodic thickness measurements. At the same time, prolonged exposures in humidity chamber and salt spray were performed as a parameter of comparison. The results demonstrate that the polyurethane paint undergoes smaller variations of its properties after the tests and that the acrylic varnish is the most affected in most cases. About the comparison between the natural and the artificial degradation test, it is concluded that each test interferes in different ways in the properties of the coatings

Influence of dopants on thermal stability and densification of β-tricalcium phosphate powders

peer reviewedIn this work, β-tricalcium phosphate (β-TCP) is doped with Mg2+ and Sr2+ in order to postpone the problematic β-TCP → α-TCP transition occurring from 1125 °C. Indeed, this phase transition occurs with a large lattice expansion during sintering causing microcracks and a reduced shrinkage leading to poor mechanical properties of ceramic parts. The substitution of calcium by cations like Mg2+ and Sr2+ allows to increase the temperature corresponding to β→α-TCP transition and therefore to increase the sintering temperature and achieve higher densification level. Three doping rates for each dopant individually (2.25, 4.50 and 9.00 mol%) and two co-doped compositions (2.00 mol% and 4.00 mol% of Mg2+ and Sr2+ simultaneously) were tested. Thermal and dilatometric analyses were used to evaluate the effects of Mg2+ and Sr2+ doping on the thermal stability of β-TCP. It has been shown that all doping, except the 2.25 mol% Sr-TCP, postpone the β→α transition. These results were confirmed after conventional and microwave sintering. Indeed, X-ray diffraction analyses of sintered pellets showed that the only phase present is β-TCP up to 1300 °C in all compositions except for the 2.25 mol% Sr-TCP with both sintering ways. Moreover, a higher densification rate is observed with the presence of dopants compared to undoped β-TCP according to the microstructures and relative densities close to 100%. Finally, the duration of microwave sintering is almost sixteen times shorter compared to conventional sintering allowing rapid densification with similar final relative densities and microstructures with finer grains

A review of additive manufacturing of ceramics by powder bed selective laser processing (sintering / melting): Calcium phosphate, silicon carbide, zirconia, alumina, and their composites

This review offers an overview on the latest advances in the powder bed selective laser processing, known as selective laser sintering/melting, of calcium phosphate, silicon carbide, zirconia, alumina, and some of their composites. A number of published studies between 1991 and August 2020 was collected, analyzed and an inclusive state of the art was created for this review. The paper focuses on the process description, feedstock criteria and process parameters and strategy. A comparison is made between direct and indirect powder bed selective laser processing of each ceramic, regarding the present achievements, limitations and solutions. In addition, technical aspects and challenges about how to address these issues are presented

Lixiviação de alumínio durante o processo de tribocorrosão em meio ácido, básico e neutro

Alguns estudos suspeitam que o alumínio, entre outros elementos, poderia causar demência ou algum comprometimento cognitivo em seres humanos como conseqüência de longas exposições ao meio-ambiente. Como o alumínio é o elemento metálico mais abundante na crosta terrestre (cerca de 8%), é comum encontrá-lo em diversas formas na natureza: silicatos, óxidos e hidróxidos, combinado com outros elementos, e complexado com matéria orgânica. Este trabalho visa medir a quantidade de alumínio lixiviado durante o processo de cozimento em panelas de alumínio. O estudo considera a variação do pH, sendo feito em meios ácido, básico e neutro. Um equipamento de tribometria simulará o atrito feito por um instrumento (colher, por exemplo) de cozinha, normalmente utilizados durante o preparo de alimentos, e esta simulação será realizada dentro de um compartimento que conterá o meio. Após a simulação, o meio será coletado e analisado espectroscopicamente para verificar a quantidade de alumínio lixiviado. É possível afirmar a partir deste estudo que o uso de panelas de alumínio deve ser restrito e feito apenas em alguns casos específicos. Se usada deliberadamente, a panela de alumínio tem grandes chances de liberar no meio (no alimento) quantidades acima do recomendado pela OMS e que serão ingeridas pelos indivíduos. Este estudo não considerou temperaturas elevadas como parâmetro, o que nos leva a ter ainda mais atenção, pois os valores encontrados a baixas temperaturas já são alarmantes e é sabido que com o aumento da temperatura os meios se tornam mais agressivos, tem mais poder de dissolução e solubilização, e conta com a ação do meio gasoso emitido

Poudres céramiques sur mesure pour la fabrication additive : De la synthèse à la pièce finale

Les céramiques pour la fabrication additive intéressent les domaines médical et aérospatial. Le but de cette thèse est de produire des poudres céramiques adaptées aux techniques de fabrication additive telles que la stéréolithographie (SLA) et la fusion / frittage sélectif au laser. Ce sont des techniques de fabrication additive prometteuses permettant la production de pièces fonctionnelles complexes en forme de filet et entièrement denses. La difficulté est d'élaborer des poudres présentant des propriétés adaptées à ces différents processus, simultanément. L'alumine, la zircone, le HAP, le TCP, les poudres mixtes alumine-zircone sont de bons candidats.Ensuite, le défi consiste à produire des agglomérats nanostructurés afin d'augmenter la surface et donc la réactivité requise pour un frittage efficace tout en conservant des propriétés d'écoulement et de dispersion appropriées pour les installations de manutention, qui sont de préférence obtenues par des particules sphériques agglomérées, quelques dizaines de microns. Dans ce contexte, les objectifs du travail de thèse étaient de comprendre les relations entre les propriétés de la poudre et les paramètres du processus de synthèse. Les agglomérats nanostructurés sur mesure ont été produits par un procédé multiétapes basé sur des étapes de chimie douce, de calcination et de séchage par atomisation, disposés dans cet ordre ou différemment. L'effet des paramètres opérationnels sur les propriétés chimiques et physiques de la poudre ont été caractérisé ainsi que leur frittabilité. Les poudres développées ont été validées sur des appareils de fabrication additive au sein du consortium DOC-3D-PRINTING. Ensuite, les poudres ont été adaptées après les différents essais, optimisés, pour répondre parfaitement aux exigences des dispositifs d'impression 3D et des pièces obtenues. Plusieurs synthèses de poudres de zircone et d'alumine ont été réalisées pour adapter leurs morphologies aux techniques de fabrication additive par stéréolithographie et frittage sélective au laser. Le projet DOC-3D-PRINTING a reçu un financement du programme de recherche et d'innovation Horizon 2020 de l'Union européenne dans le cadre de la convention de subvention Marie Sklodowska-Curie numéro 764935.Ceramics for additive manufacturing are of interest in medical and aerospace fields. The aim of this thesis is to produce ceramic powders suitable for additive manufacturing techniques such as Stereolithography and Selective Laser Melting/Sintering. These are promising additive manufacturing techniques allowing the production of functional complex net-shaped and fully dense parts. The difficulty is to elaborate powders which present properties suitable to these different processes, simultaneously. Alumina, zirconia, HAP, TCP, mixed alumina-zirconia powders are good candidates. Then, the challenge here is to produce nano structured agglomerates in order to increase the surface and thus the reactivity required for effective sintering (submicronic particles) while keeping suitable flowability and dispersing properties for handling facilities, which is preferably achieved by spherical agglomerated particles of a few tens of microns. Within this context, the objectives of the PhD work were to understand the relationships between the powder properties and the synthesis process parameters. The tailored nano- structured agglomerates were produced through a multistep process based on soft chemistry (precipitation, sol-gel...), calcination and spray-drying steps, arranged in this order or differently. The effect of the operational parameters on the chemical and physical properties of the powder were characterized as well as their sinterability. The PhD student tested the powders on additive manufacturing devices within the DOC-3D-PRINTING consortium. Then powders were adapted (grain size, morphology, flowability...) after the different trials, optimised, to perfectly suit the requirements of the 3D-printing devices and the obtained pieces. Several syntheses of zirconia and alumina powders have been carried out to adapt their morphologies to additive manufacturing techniques by stereolithography and selective laser sintering. This procedure allows for spherical particles which flow enough to be spread out during the formation of the powder bed. The DOC- 3D-PRINTING project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Marie Sklodowska-Curie grant agreement No 764935

Avaliação da degradação natural e acelerada de revestimentos orgânicos

A proteção de materiais com alto valor agregado contra as intempéries é de grande importância tecnológica e econômica. Atualmente, a principal defesa diante do desgaste natural destes materiais é o revestimento, seja inorgânico, orgânico ou metálico. Um revestimento pode atuar de diversas formas para proteger o material em questão, atuando como barreira física, metal de sacrifício ou proteção anódica. O desenvolvimento de revestimentos protetores de alta durabilidade e baixo custo é de suma importância para o crescimento da indústria e das cidades em todo o mundo. Diante disso, este trabalho estuda a degradação de quatro revestimentos orgânicos comerciais, de diferentes composições químicas e propriedades físicas, com o objetivo de interpretar os fenômenos que ocorrem durante os ensaios e investigar as falhas apresentadas ao longo do tempo. As análises foram realizadas com uma tinta epóxi branca, uma tinta poliuretânica branca, uma tinta alquídica branca e um verniz acrílico. Cada um dos revestimentos estudados possui um mecanismo diferente de formação do filme sobre o substrato escolhido, aço carbono, e, portanto, possui características individuais específicas. A degradação dos filmes orgânicos foi realizada com a exposição dos corpos de prova à radiação ultravioleta (UV), de forma natural e acelerada, a fim também de avaliar diferenças e o comportamento destes revestimentos As amostras em exposição natural permaneceram durante um ano em contato com radiações solares, umidade, chuva e variações de temperatura. Já as amostras em exposição acelerada foram ensaiadas em uma câmara de intempéries aceleradas de UV por até 2000 horas. A degradação dos filmes foi acompanhada durante todos os ensaios e analisada por diferentes técnicas de caracterização, tais como: DSC, FTIR, MEV, EDS, FRX, microscopia óptica, espectrofotometria de cor; ensaios mecânicos de impacto, flexibilidade, aderência, rugosidade, além de medições periódicas de espessura. Paralelamente, exposições prolongadas em câmara úmida e névoa salina foram realizadas como parâmetro de comparação. Os resultados demonstram que a tinta poliuretânica sofre menores variações de cor e brilho, após os ensaios de degradação e que o verniz acrílico é o mais afetado na maioria dos casos. A tinta alquídica sofreu alterações significativas em névoa salina, entretanto, teve melhoras em suas propriedades mecânicas após as exposições ao UV. Quanto à comparação entre o ensaio de degradação natural e o artificial, conclui-se que cada ensaio interfere de diferentes maneiras nas propriedades dos revestimentos.The protection of materials with high added value against the weather has great technological and economic significance. Currently, the main defense against the natural wear of these materials is the coating, whether inorganic, organic or metallic. A coating can act in various ways to protect the material in question, acting as a physical barrier, sacrificial metal or anodic protection. The development of protective coatings of high durability and low cost is very important for the growth of industry and cities around the world. Therefore, in this work are studied the degradation of four organic coatings, with different chemical compositions and physical properties, in order to interpret the phenomena that occur during the tests and to investigate the failures presented over time. The analyses were performed with a white epoxy paint, a white polyurethane paint, a white alkyd paint and an acrylic lacquer. Each one of the studied coatings has a different mechanism of film formation on the chosen substrate, carbon steel, and therefore has specific individual characteristics. The degradation of the organic films was carried out by exposing the specimens to ultraviolet (UV) radiation, in a natural and accelerated way, in order to clarify their differences and establish comparisons. The samples in natural exposure remained for a year outside, in contact with solar radiation, humidity, rainfall and temperature variations The accelerated exposure samples were tested in a chamber of accelerated UV for up to 2000 hours. The films degradation were monitored during all the tests and analysed by different characterization techniques, such as: DSC, FTIR, SEM, EDS, FRX, optical microscopy, color spectrophotometry; mechanical impact tests, flexibility, adhesion, roughness, in addition to periodic thickness measurements. At the same time, prolonged exposures in humidity chamber and salt spray were performed as a parameter of comparison. The results demonstrate that the polyurethane paint undergoes smaller variations of its properties after the tests and that the acrylic varnish is the most affected in most cases. About the comparison between the natural and the artificial degradation test, it is concluded that each test interferes in different ways in the properties of the coatings

Lixiviação de alumínio durante o processo de tribocorrosão em meio ácido, básico e neutro

Alguns estudos suspeitam que o alumínio, entre outros elementos, poderia causar demência ou algum comprometimento cognitivo em seres humanos como conseqüência de longas exposições ao meio-ambiente. Como o alumínio é o elemento metálico mais abundante na crosta terrestre (cerca de 8%), é comum encontrá-lo em diversas formas na natureza: silicatos, óxidos e hidróxidos, combinado com outros elementos, e complexado com matéria orgânica. Este trabalho visa medir a quantidade de alumínio lixiviado durante o processo de cozimento em panelas de alumínio. O estudo considera a variação do pH, sendo feito em meios ácido, básico e neutro. Um equipamento de tribometria simulará o atrito feito por um instrumento (colher, por exemplo) de cozinha, normalmente utilizados durante o preparo de alimentos, e esta simulação será realizada dentro de um compartimento que conterá o meio. Após a simulação, o meio será coletado e analisado espectroscopicamente para verificar a quantidade de alumínio lixiviado. É possível afirmar a partir deste estudo que o uso de panelas de alumínio deve ser restrito e feito apenas em alguns casos específicos. Se usada deliberadamente, a panela de alumínio tem grandes chances de liberar no meio (no alimento) quantidades acima do recomendado pela OMS e que serão ingeridas pelos indivíduos. Este estudo não considerou temperaturas elevadas como parâmetro, o que nos leva a ter ainda mais atenção, pois os valores encontrados a baixas temperaturas já são alarmantes e é sabido que com o aumento da temperatura os meios se tornam mais agressivos, tem mais poder de dissolução e solubilização, e conta com a ação do meio gasoso emitido

Mg2+, Sr2+, Ag+, and Cu2+ co-doped β-tricalcium phosphate: Improved thermal stability and mechanical and biological properties

peer reviewedβ-tricalcium phosphate (β-TCP, β-Ca3(PO4)2) is an attractive biomaterial for bone repair applications. However, its sintering and mechanical properties are limited by a problematic phase transition to α-TCP. Cationic doping of β-TCP is able to postpone the formation of α-TCP allowing higher sintering temperatures and better mechanical properties. The co-doping of β-TCP with Mg2+ and Sr2+ has already been studied in detail, but the addition of antibacterial cations (Ag+ and Cu2+) on the Mg–Sr β-TCP co-doped composition remains unexplored. Thus, two co-doped β-TCP compositions were realized by aqueous precipitation technique without any secondary phase and compared with undoped β-TCP: Mg–Sr (2.0–2.0 mol%) and Mg–Sr–Ag–Cu (2.0–2.0–0.1–0.1 mol%). Differential thermal analysis and dilatometry analyses showed a slight decrease of the β-TCP → α-TCP phase transition temperature for the Mg–Sr–Ag–Cu (2.0–2.0–0.1–0.1% mol) composition as compared to the Mg–Sr (2.0–2.0 mol%). However, both exhibited much higher transition temperatures than undoped β-TCP. The addition of Ag+ and Cu2+ slightly reduces the grain size after sintering compared to the Mg–Sr (2.0–2.0 mol%) and the undoped compositions. The co-doped compositions also exhibited improved mechanical properties, specifically a higher Vickers hardness and elastic modulus. Finally, cell proliferation assays showed that the presence of dopants, even Ag+ and Cu2+, does not affect the survival and proliferation of cells. Thus, the use of Mg2+, Sr2+, Ag+, and Cu2+ co-doped β-TCP could be very promising for biomedical applications due to the improvements of these dopants on the thermal stability and mechanical and biological properties