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Tipo do documento: Tese
Title: Efeito do envelhecimento e da rugosidade nas propriedades da superfície e na aderência do verniz em madeiras de eucalipto
Other Titles: Effects of aging and roughness on the surface properties and adhesion of a water-borne varnish on eucalypt woods
Authors: Santos, Wanessa Aparecida
Orientador(a): Garcia, Rosilei Aparecida
Primeiro coorientador: Hernández, Roger E.
Primeiro membro da banca: Garcia, Rosilei Aparecida
Segundo membro da banca: Lima, José Tarcísio
Terceiro membro da banca: Dias, Ananias Francisco
Quarto membro da banca: Nascimento, Alexandre Miguel do
Quinto membro da banca: Brito, Edvá Oliveira
Keywords: ângulo de contato;energia livre da superfície;espaço de cor L*a*b* CIE 1976;rugosidade 3D;teste de pull-off;usinagem;contact angle;free surface energy;CIE 1976 L*a*b* space color;3D roughness;pull-off test;machining
Área(s) do CNPq: Recursos Florestais e Engenharia Florestal
Idioma: por
Issue Date: 26-Feb-2019
Publisher: Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro
Sigla da instituição: UFRRJ
Departamento: Instituto de Florestas
Programa: Programa de Pós-Graduação em Ciências Ambientais e Florestais
Citation: SANTOS, Wanessa Aparecida. Efeito do envelhecimento e da rugosidade nas propriedades da superfície e na aderência do verniz em madeiras de eucalipto. 2019. 125 f. Tese (Doutorado em Ciências Ambientais e Florestais) - Instituto de Florestas, Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, Seropédica, 2019.
Abstract: O objetivo geral deste estudo foi avaliar o efeito do envelhecimento e da rugosidade superficial na molhabilidade, na energia superficial e na aderência do verniz em madeiras de eucalipto. Os objetivos específicos foram: (1) avaliar o efeito do tempo de envelhecimento na alteração da cor e na inativação da superfície e suas correlações; (2) avaliar o efeito do tempo de envelhecimento da superfície após usinagem no desempenho do verniz e sua correlação com a molhabilidade; e (3) avaliar o efeito das operações de usinagem (lixamento e aplainamento) na rugosidade 3D, na molhabilidade, na energia superficial e na aderência do verniz em madeiras de eucalipto. Para atender esses objetivos, a tese foi dividida em três capítulos. No primeiro capítulo, foram realizadas medições de cor e ângulo de contato para sete espécies de eucalipto (Corymbia citriodora, Eucalyptus camaldulensis, Eucalyptus pellita, Eucalyptus robusta, Eucalyptus saligna, Eucalyptus urophylla e Eucalyptus grandis) na superfície fresca (recémusinada) e envelhecida após 7, 14, 21 e 28 dias. As análises colorimétricas foram realizadas no espaço de cor L*a*b* CIE 1976 e o ângulo de contato determinado pelo analisador de formato da gota DSA 100 no modo estático. No segundo capítulo, foram estudadas as madeiras de Corymbia citriodora, Eucalyptus camaldulensis e Eucalyptus pellita. Análises de ângulo de contato e testes de adesão de um verniz à base de água foram realizados na superfície fresca (recém-usinada) e envelhecida após 4, 8, 24 e 48 h de aplainamento. No terceiro capítulo, foram avaliados os parâmetros de rugosidade 3D, a molhabilidade, a energia superficial e a adesão do verniz nas superfícies lixadas e aplainadas das madeiras de Eucalyptus robusta e Eucalyptus grandis. A rugosidade foi avaliada pelo método 3D com o rugosímetro óptico de luz branca MicroMeasure CHR 150. O ângulo de contato e a energia superficial foram determinadas pelo goniômetro de imagem FTÅ D200. A energia superficial foi calculada pela teoria ácido-base de Lifshitz-van der Waals/Lewis utilizando três diferentes líquidos: água destilada, formamida e diiodometano. A adesão do revestimento (verniz à base de água) na madeira foi determinada pelo teste de resistência a tração (pull-off). Os resultados do primeiro capítulo permitiram classificar as madeiras em três classes de densidade: muito alta, alta e baixa; e dois grupos de cor: amareladas e avermelhadas. O armazenamento das madeiras de eucalipto causou o escurecimento (menor luminosidade – L*) e o aumento de cromaticidade na superfície. O tempo de acondicionamento aumentou o ângulo de contato indicando que as superfícies tornaram-se mais hidrofóbicas. As variáveis L*, a*, b* e C*ab tiveram maior impacto na molhabilidade da superfície que a densidade. Os resultados do segundo capítulo mostraram redução na molhabilidade da superfície e perda de adesão com o aumento do tempo de envelhecimento. A perda de adesão ocorreu, geralmente, logo após as 4 h do aplainamento; entretanto, um efeito mais importante foi observado após 48 h. Os resultados também mostram que em algumas espécies de eucalipto, a perda de adesão é mais rápida que em outras. Nenhuma correlação foi encontrada entre a molhabilidade da superfície e a adesão do verniz nas madeiras de Eucalyptus camaldulensis e Eucalyptus pellita; entretanto, a resistência à tração da madeira de Corymbia citriodora diminuiu com o aumento do ângulo de contato médio, mostrando uma correlação significativa. Os resultados do terceiro capítulo mostraram que o aplainamento aumentou a rugosidade superficial mostrando maiores valores para os parâmetros de amplitude (Sa, Sq, Sv e Sz) que o lixamento. As superfícies lixadas apresentaram maior molhabilidade e energia superficial, entretanto, esta operação de usinagem não favoreceu a penetração do verniz. As superfícies aplainadas de Eucalyptus grandis apresentaram uma melhor adesão do revestimento que as superfícies lixadas. As superfícies mais rugosas apresentaram menor molhabilidade, menor energia superficial e maior adesão do revestimento, portanto, a rugosidade apresenta um impacto mais importante na aderência do verniz à base de água que as propriedades de molhabilidade e energia superficial.
Abstract: The general objective of this study was to evaluate the effects of aging and surface roughness on wettability, surface energy and adhesion of a water-borne varnish on eucalypt woods. The specific objectives were: (1) to evaluate the effect of aging time on color change and surface inactivation and its correlations; (2) to evaluate the effect of the aging time of the surface after machining on the performance of a water-borne varnish and its correlation with wettability; and (3) to evaluate the effect of machining process (sanding and planing) on 3D roughness, wettability, surface energy, and adhesion of a water-borne varnish on eucalyptus woods. To meet these objectives, the thesis was divided into three chapters. In the first chapter, color and contact angle measurements were performed for seven eucalypt species (Corymbia citriodora, Eucalyptus camaldulensis, Eucalyptus pellita, Eucalyptus robusta, Eucalyptus saligna, Eucalyptus urophylla and Eucalyptus grandis) on the fresh surface (freshly machined) and aged after 7, 14, 21 and 28 days. The colorimetric analyzes were performed in the CIE 1976 L*a*b* color space and contact angle determined by a DSA 100 drop shape analyzer in static mode. In the second chapter, Corymbia citriodora, Eucalyptus camaldulensis, and Eucalyptus pellita woods were studied. Contact angle analysis and adhesion tests of a water-borne varnish were performed on the fresh surface (freshly machined) and aged surfaces after 4, 8, 24 and 48 h of planing. In the third chapter, 3D roughness parameters, wettability, surface energy and varnish adhesion on the sanded and planed surfaces of Eucalyptus grandis and Eucalyptus robusta woods were evaluated. The roughness was evaluated by 3D method using a MicroMeasure CHR 150 optic white light roughness meter. The wettability and surface energy were determined by contact angle analysis performed with FTÅ D200 goniometer. The surface energy was calculated by the Lifshitz-van der Walls/ Lewis acid-base theory using three different liquids: distilled water, formamide, and diiodomethane. The adhesion of a water-borne varnish to the wood was determined by the tensile strength test (pull-off). The results of the first chapter permitted to classify woods into three density classes: very high, high, and low; and two color groups: yellowish and reddish. The storage of the eucalypt woods caused darkening (lower luminosity - L*) and increased chromaticity on the surface. The storage time increased the contact angle, resulting in surfaces more hydrophobic. The variables L*, a*, b* and C*ab had a greater impact on the wettability of the surface than the density. The results of the second chapter showed a decrease in surface wettability and loss of coating adhesion with increasing aging time. Loss of adhesion usually occurs shortly after 4 h of planning, however, a more important effect is observed after 48 h. Also, the results show that in some eucalypt species, loss of adhesion is faster than in others. No correlation was found between surface wettability and varnish adhesion on Eucalyptus camaldulensis and Eucalyptus pellita woods. However, in Corymbia citriodora wood, the tensile strength decreased with increasing mean contact angle, showing a significant correlation. The results of the third chapter showed that the planing increased the surface roughness showing higher values for the amplitude parameters (Sa, Sq, Sv, and Sz) than sanding. The sanded surfaces presented greater wettability and surface energy, however, this machining operation did not favor the penetration of the varnish. The planed surfaces of Eucalyptus grandis showed better adhesion of the coating than sanded surfaces. The rougher surfaces presented lower wettability and surface energy and higher adhesion of the coating, therefore, the roughness has a more important impact on the adhesion of the water-borne varnish to eucalypt woods than the wettability and surface energy properties.
URI: https://rima.ufrrj.br/jspui/handle/20.500.14407/9398
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