Síntesis de películas microestructuradas con propiedades superhidrofóbicas aplicadas en materiales cerámicos

Abstract

Numerosos materiales superhidrófobos se han desarrollado en los últimos años utilizando una combinación de dos estrategias: haciendo una superficie rugosa y reduciendo la energía superficial libre. Los materiales superhidrófobos pueden encontrar aplicaciones prometedoras en el campo de la construcción. Sin embargo, su aplicación ha sido muy limitada debido a que las vías de síntesis implican procesos tediosos de múltiples etapas que impiden su aplicación a gran escala. Un segundo inconveniente está relacionado con su vida a corto plazo bajo condiciones al aire libre. En este trabajo de investigación describe una ruta de síntesis innovadora para producir recubrimientos superficiales superhidrófobos, específicamente se desarrolla una ruta de síntesis sencilla y de bajo coste para la producción de películas superhidrófobas sobre materiales de construcción y se evalúa su eficacia y durabilidad en baldosín cerámica de arcilla. Se produce un gel híbrido que contiene nanopartículas de alúmina (Al2O3). Las nano-microestructuras producen un régimen de Cassie-Baxter, promoviendo la superhidrofobicidad. El efecto de esto es atrapar aire por debajo de las gotitas de agua, minimizando así significativamente el área de contacto entre la gotita y la superficie. El componente orgánico reduce la energía superficial libre del material, dando como resultado un alto ángulo de contacto estático. Esto tiene el efecto de repeler el agua porque las gotitas de agua que se forman simplemente ruedan rápidamente por la superficie recubierta. El ángulo de contacto se obtuvo a través de una cámara fotográfica réflex y las imágenes obtenidas fueron evaluadas mediante AutoCAD. La morfología de la superficie de la película se examinó por microscopia electrónica de barrido (SEM). La topografía de la película se observó en el microscopio de fuerza atómica (AFM) para corroborar la rugosidad de éstas. Las propiedades térmicas y ópticas de las superficies superhidrofóbicas son evaluadas mediante espectroscopia fotoacústica (EFA). Después de una prueba de impacto de gotas de agua, se mantuvo una alta hidrofobicidad y se evitó completamente la absorción de agua para las muestras de baldosín cerámica que se estaban estudiando. Sin embargo, se observó una transición de un régimen de Cassie-Baxter a un estado de Wenzel como consecuencia del aumento de la distancia entre los pasos de rugosidad producidos por el impacto de gotas sobre el recubrimiento.

ABSTRACT Numerous superhydrophobic materials have been developed in recent years using a combination of two strategies: making a rough surface and reducing free surface energy. Superhydrophobic materials can find promising applications in the field of construction. However, its application has been very limited because the synthetic pathways involve tedious multi-stage processes that prevent its large-scale application. A second drawback is related to its short-term life under outdoor conditions. In this research, we describe an innovative synthesis path to produce superhydrophobic surface coatings. Specifically, a simple and low cost synthesis pathway is developed for the production of superhydrophobic films on building materials and their efficiency and durability are evaluated in ceramic tile clay. A hybrid gel is produced containing alumina (Al2O3) nanoparticles. Nano-microstructures produce a Cassie-Baxter regime, promoting super-hydrophobicity. The effect of this is to trap air below the water droplets, thus significantly minimizing the contact area between the droplet and the surface. The organic component reduces the free surface energy of the material, resulting in a high static contact angle. This has the effect of repelling