Las superficies superhidrófobas tienen una amplia gama de aplicaciones en una variedad de campos como impermeabilización, antivaho, autolimpieza, resistencia a la corrosión, antihielo y reducción de la resistencia al flujo debido a sus propiedades únicas. Sin embargo, la producción en masa de recubrimientos superhidrófobos duraderos, de bajo costo, baja toxicidad y fáciles de aplicar sigue siendo un desafío.
En la naturaleza, existe una gran cantidad de materiales de carbonato de calcio con propiedades mecánicas superiores y componentes simples que han despertado un amplio interés entre los científicos. A partir de una investigación en profundidad sobre los mecanismos de nucleación y crecimiento del carbonato de calcio, se ha logrado la regulación de la biomineralización, que tiene amplias aplicaciones en campos como el antiincrustante, el antiincrustante, la autolimpieza y la separación de agua y aceite.
Numerosos estudios han demostrado que la baja energía superficial y la estructura rugosa son los principales factores que afectan la superhidrofobicidad, y estos siempre han sido los principales temas de investigación en la tecnología de modificación del carbonato de calcio. En pocas palabras, la dirección de modificación del carbonato de calcio es reducir la energía superficial y mantener la dispersabilidad, al tiempo que se aumenta el ángulo de contacto para garantizar la hidrofobicidad.
¿Qué tipo de carbonato cálcico es más adecuado para recubrimientos funcionales? ¿Cómo puedo modificarlo? ¿Cuál es el resultado real?
Gu Weile et al. sintetizaron dos formas cristalinas diferentes de polvo de carbonato de calcio, que luego se mezclaron con polidimetilsiloxano (PDMS) de baja energía superficial para recubrir un material superhidrofóbico. revestimiento. Se probaron para su capacidad de autolimpieza y resistencia al impacto. Los experimentos han demostrado que cuando la dosis de los surfactantes estearato de sodio (NaSt) y oleato de sodio (NaOL) es 5%, el efecto de modificación y la hidrofobicidad del carbonato de calcio son los mejores. El ángulo de contacto del carbonato de calcio tipo aragonito modificado por estearato de sodio 5% es de 127,5°, y el ángulo de contacto del carbonato de calcio tipo calcita modificado por oleato de sodio 5% es de 115,4°. Se realizó una investigación adicional sobre el efecto de diferentes cantidades de carbonato de calcio cristalino en la hidrofobicidad de los recubrimientos, con ángulos de contacto de 151,4° y 153,2° para los recubrimientos de carbonato de calcio tipo calcita y aragonito, respectivamente. Finalmente, se evaluaron las propiedades de autolimpieza y resistencia al impacto de los recubrimientos superhidrofóbicos. Los resultados mostraron que después de una prueba de impacto de gotas de agua de 500 ml, el ángulo de contacto de los dos recubrimientos superhidrofóbicos de carbonato de calcio cristalino se mantuvo por encima de 140°, manteniendo una excelente hidrofobicidad.
Cheng Yuan y su equipo utilizaron bigotes de carbonato de calcio (CCW) y nanocarbonato de calcio (CCNP) como rellenos para preparar recubrimientos superhidrófobos mediante la modificación de la superficie del polvo, la optimización de la proporción del recubrimiento, la referencia a la "capa superior de imprimación" y los métodos de pulido en la tecnología de construcción de recubrimientos. . Las investigaciones han demostrado que cuando se somete a 15 ciclos de fricción, el ángulo de contacto del recubrimiento puede alcanzar 153,88 ° y el ángulo de rodadura puede alcanzar 9,20 °. El revestimiento tiene excelentes capacidades de autolimpieza y puede repararse fácilmente.
¿A qué sustratos se pueden aplicar los recubrimientos funcionales de carbonato de calcio?
Fibra
La tecnología de recubrimiento húmedo que utiliza fibras de poliamida de desecho es el método principal para preparar textiles recubiertos, como las cintas tejidas de marcas registradas, y también es una forma importante para el reciclaje físico de fibras de poliamida. Tiene bajos costos de producción y un excelente rendimiento del producto. El carbonato de calcio es un polvo inorgánico barato, no tóxico e inofensivo que se utiliza comúnmente como relleno en la tecnología de recubrimiento húmedo de fibras de desecho de poliamida, que puede mejorar el grosor, la blancura y la resistencia del recubrimiento superficial de las cintas tejidas de marcas registradas.
Lei Pengfei et al. utilizó el método de síntesis in situ de ácido oleico para preparar una carga de recubrimiento de carbonato de calcio para un recubrimiento húmedo de poliamida. El ángulo de contacto de la película de recubrimiento disminuyó en 8,29°, la longitud de la tinta del tejido recubierto disminuyó en 10,42 mm y el valor de pH del tejido recubierto disminuyó a 7,27. Se mejoró la absorción de tinta y el valor del pH estuvo más en línea con los estándares de seguridad textil.
Jiang Jikang et al. utilizaron un modificador sintético DOPO para injertar carbonato de calcio modificado, logrando una dispersión uniforme en recubrimientos de poliamida con estructuras de poros de recubrimiento transparentes y esponjosas. El pH del tejido recubierto en un ambiente húmedo es 7,02, lo que cumple con los requisitos ambientales. El tiempo de absorción de tinta es de 89 segundos, la longitud de la tinta es de 53,4 mm, el código de barras impreso es claro y libre de roturas y la calificación alcanza el nivel A.
Chen Zhijie et al. utilizó componentes retardantes de llama de fósforo de silicio en modificadores de acoplamiento para mejorar la dispersión y dotarla de función retardante de llama mediante la construcción de un revestimiento de poliamida liso, plano, poroso y delgado sobre la tela. Las investigaciones han demostrado que el carbonato de calcio modificado tiene buena lipofilicidad y su tejido recubierto de poliamida 6 tiene un buen efecto retardante de llama.
Concreto
La tecnología de recubrimiento de superficies es una medida eficaz para mejorar la durabilidad del hormigón, y los recubrimientos superhidrófobos con propiedades impermeables, anticongelantes y autolimpiantes son actualmente uno de los puntos calientes de la investigación.
Xu Huafeng et al. utilizaron polidopamina para inducir la mineralización de carbonato de calcio en la superficie del hormigón y reducir los iones de plata in situ a nano plata, con el fin de construir estructuras rugosas micro nano compuestas. Los modificaron hidrofóbicamente con silano de baja energía superficial para obtener recubrimientos superhidrófobos biomiméticos de carbonato de calcio funcionalizados. Los resultados mostraron que tanto en entornos de agua de mar normales como simulados, el volumen de absorción de agua de las muestras de revestimiento compuesto disminuyó en 90,31 TP3T y 93,441 TP3T en comparación con las muestras no tratadas, respectivamente, lo que demuestra buenas propiedades impermeables y a prueba de agua. Después de la fricción repetida de la muestra de revestimiento compuesto sobre la superficie del papel de lija durante una distancia equivalente a 5 metros, el ángulo de contacto del revestimiento sigue siendo superior a 140°, con una disminución de sólo 6,87%, lo que demuestra una buena resistencia al desgaste.
Para mejorar la resistencia a la corrosión y a la contaminación de los edificios de arenisca al aire libre, Wen Yaping et al. sintetizó un recubrimiento modificado con ácidos grasos a base de carbonato de calcio utilizando carbonato de calcio como material base y ácidos grasos como materiales de modificación hidrófobos mediante una reacción en fase líquida. Las investigaciones han demostrado que el tamaño de grano promedio del carbonato de calcio vaterita modificado con ácido octadecanoico es relativamente grande (31 nm) y la rugosidad de la superficie de la arenisca varía mucho. El ángulo hidrofóbico puede alcanzar los 119 °, el nivel de resistencia a la contaminación es 5 y la tasa de absorción de agua es de solo 1,01 TP3T. En comparación con las muestras de arenisca tratadas con revestimiento no modificado, mejora eficazmente la resistencia a la contaminación de la superficie de la arenisca.
Vaso
Yuan Zhiqing et al. desarrolló un método simple y factible para preparar polidimetilsiloxano (PDMS)/CaCO3 basado en recubrimientos superhidrófobos. El recubrimiento obtenido se puede aplicar sobre diferentes sustratos, como papel kraft, portaobjetos de vidrio y placas de cobre. Después de recubrir sobre un sustrato de vidrio y secar a temperatura ambiente, el ángulo de contacto de la superficie del recubrimiento puede alcanzar 160 ° y el ángulo de deslizamiento es inferior a 3 °. La prueba de corte muestra que el recubrimiento P3 superhidrófobo tiene alta resistencia al corte mecánico y adhesión, y puede obtener una superficie superhidrófoba estable. Experimentos al aire libre han demostrado que la preparación de revestimientos autolimpiantes utilizando resina de silicona y carbonato de calcio modificado con ácido esteárico puede retener más de 85% de la transparencia de los paneles de vidrio, con un ángulo de contacto de aproximadamente 110° y un buen rendimiento antivaho. Después de estar expuesto al aire libre durante 4 meses, el rendimiento de autolimpieza básicamente no sufre daños.
Metal
En la actualidad, el comportamiento autolimpiante de los materiales de los paneles de pared es de gran importancia, y este comportamiento autolimpiante se puede lograr generalmente mediante la construcción de superficies hidrófobas. Liu Changyang et al. depositaron uniformemente una capa de película de carbonato de calcio de aproximadamente 20 micrones de espesor sobre la superficie de una aleación de neodimio y magnesio, mejorando la resistencia a la corrosión de la aleación en fluidos de poros de hormigón simulados que contienen iones de cloruro. El uso de perfluorodeciltrietoxisilano para químico La modificación de muestras recubiertas puede mejorar su capacidad de autolimpieza.
En la actualidad, ha habido casos de aplicación de recubrimientos funcionales de carbonato de calcio en muchos campos, como embalaje, vajillas, materiales de construcción, materiales respetuosos con el medio ambiente, textiles, recubrimientos, productos farmacéuticos, etc. Con la creciente demanda de reducción de costos y mejora de la eficiencia en las empresas, la aplicación de recubrimientos funcionales de carbonato de calcio se generalizará cada vez más en el futuro y la tecnología de aplicación madurará gradualmente.