3D printed structures with tunable wettabilities

Abstract

Mineral-based waste oils are a current environmental problem due to the lack of simple methods that allow their separation from water and subsequent recycling.This work aims to study the influence of geometry and roughness on the wettability of printed objects obtained by FFF (Fused filament fabrication) technology, using as polymers FOMM-60 and HIPS (high impact polystyrene). Therefore, the objective is to create a physical separation system for water/oil dispersions, without the use of surfactants.Porosity and surface roughness were studied from the perspective of their influence on the hydrophobicity of the samples and, consequently, on the separation capacity of the constituents of oil/water emulsions. Additionally, the influence of the geometry of the printed sample (pyramid or semi-sphere) was analyzed, as well as the chemistry of the material used.The specimens printed with HIPS exhibit a hydrophobic character, while those made of FOMM-60 are hydrophilic. In addition, the FOMM-60 samples of pyramidal geometry and permeable membrane with triangular infill are the components that potentially benefit the separation process, as they have a greater interaction with oil and water, when compared to the semi-sphere geometry and with the pyramidal geometry in HIPS. In the future, a separation column with several layers of the printed components with better performance should be made, to assess their real effectiveness in the process of separating oil/water emulsions. If effective, this procedure will allow a sustainable way to clean water.

Os óleos residuais de base mineral são um problema ambiental atual devido à falta de métodos simples que permitam a sua separação da água e posterior reciclagem. Este trabalho tem como objetivo estudar a influência da geometria e da rugosidade na molhabilidade de objetos impressos obtidos pela tecnologia FFF (Fused filament fabrication), utilizando os polímeros FOMM-60 e HIPS (poliestireno de elevado impacto). Deste modo, o objetivo é criar um sistema de separação física de dispersões água/óleo sem a utilização de surfactantes. A porosidade e a rugosidade superficiais foram estudadas na perspectiva da sua influência na hidrofobicidade das amostras e, consequentemente, na capacidade de separação dos constituintes das emulsões óleo/água. Adicionalmente, foi analisada a influência da geometria da amostra impressa (pirâmide ou semiesfera), bem como da química do material utilizado. Os provetes impressos com HIPS exibem um caráter hidrófobo, enquanto os constituídos por FOMM-60 são hidrófilos. Além disso, as amostras de FOMM-60 de geometria piramidal e membrana permeável com preenchimento triangular são os componentes que potencialmente beneficiam o processo de separação, uma vez que possuem uma maior interação com o óleo e água, quando comparados com a geometria de semiesfera e com a geometria piramidal em HIPS. No futuro deverá ser efetuada uma coluna com várias camadas dos componentes com melhor desempenho para aferir da sua real eficácia no processo de separação das emulsões óleo/água.