Les surfaces superhydrophobes ont une large gamme d'applications dans divers domaines tels que l'imperméabilisation, l'antibuée, l'autonettoyage, la résistance à la corrosion, l'antigivrage et la réduction de la résistance à l'écoulement en raison de leurs propriétés uniques. Néanmoins, la production en masse de revêtements superhydrophobes à faible coût, peu toxiques, faciles à appliquer et durables reste un défi.
Dans la nature, il existe un grand nombre de matériaux à base de carbonate de calcium dotés de propriétés mécaniques supérieures et de composants simples qui ont suscité un large intérêt parmi les scientifiques. Sur la base de recherches approfondies sur les mécanismes de nucléation et de croissance du carbonate de calcium, la régulation de la biominéralisation a été obtenue, ce qui a de larges applications dans des domaines tels que l'antisalissure, l'anticalcaire, l'autonettoyage et la séparation huile-eau.
De nombreuses études ont montré que la faible énergie de surface et la structure rugueuse sont les principaux facteurs affectant la superhydrophobie, et ceux-ci ont toujours été les principaux sujets de recherche dans la technologie de modification du carbonate de calcium. En termes simples, l'objectif de modification du carbonate de calcium est de réduire l'énergie de surface et de maintenir la dispersibilité, tout en augmentant l'angle de contact pour garantir l'hydrophobie.
Quel type de carbonate de calcium convient le mieux aux revêtements fonctionnels ? Comment puis-je le modifier ? Quel est le résultat réel ?
Gu Weile et al. ont synthétisé deux formes cristallines différentes de poudre de carbonate de calcium, qui ont ensuite été mélangées avec du polydiméthylsiloxane (PDMS) à faible énergie de surface pour recouvrir un revêtement superhydrophobe revêtementIls ont été testés pour leur capacité d'autonettoyage et leur résistance aux chocs. Des expériences ont montré que lorsque le dosage des tensioactifs stéarate de sodium (NaSt) et oléate de sodium (NaOL) est de 5%, l'effet de modification et l'hydrophobicité du carbonate de calcium sont les meilleurs. L'angle de contact du carbonate de calcium de type aragonite modifié par le stéarate de sodium 5% est de 127,5 °, et l'angle de contact du carbonate de calcium de type calcite modifié par l'oléate de sodium 5% est de 115,4 °. D'autres recherches ont été menées sur l'effet de différentes quantités de carbonate de calcium cristallin sur l'hydrophobicité des revêtements, avec des angles de contact de 151,4 ° et 153,2 ° pour les revêtements de carbonate de calcium de type calcite et aragonite, respectivement. Enfin, les propriétés d'autonettoyage et de résistance aux chocs des revêtements superhydrophobes ont été évaluées. Les résultats ont montré qu'après un test d'impact de gouttelettes d'eau de 500 ml, l'angle de contact des deux revêtements superhydrophobes de carbonate de calcium cristallin est resté supérieur à 140 °, maintenant une excellente hydrophobicité.
Cheng Yuan et son équipe ont utilisé des whiskers de carbonate de calcium (CCW) et du nanocarbonate de calcium (CCNP) comme charges pour préparer des revêtements superhydrophobes grâce à une modification de la surface de la poudre, une optimisation du rapport de revêtement, une référence à la « couche de finition d'apprêt » et des méthodes de polissage dans la technologie de construction de revêtements. . Des recherches ont montré que lorsqu'il est soumis à 15 cycles de frottement, l'angle de contact du revêtement peut atteindre 153,88° et l'angle de roulement peut atteindre 9,20°. Le revêtement possède d’excellentes capacités autonettoyantes et peut être facilement réparé.
Sur quels substrats les revêtements fonctionnels à base de carbonate de calcium peuvent-ils être appliqués ?
Fibre
La technologie d'enduction humide utilisant des déchets de fibres de polyamide est la principale méthode de préparation de textiles enduits tels que les rubans tissés de marque et constitue également un moyen important pour le recyclage physique des fibres de polyamide. Il présente de faibles coûts de production et d’excellentes performances de produit. Le carbonate de calcium est une poudre inorganique bon marché, non toxique et inoffensive, couramment utilisée comme charge dans la technologie de revêtement humide des déchets de fibres de polyamide, qui peut améliorer l'épaisseur, la blancheur et la résistance du revêtement de surface des rubans tissés de marque.
Lei Pengfei et coll. a utilisé la méthode de synthèse in situ de l'acide oléique pour préparer une charge de revêtement en carbonate de calcium pour le revêtement humide en polyamide. L'angle de contact du film de revêtement a diminué de 8,29°, la longueur de l'encre du tissu enduit a diminué de 10,42 mm et la valeur du pH du tissu enduit a diminué jusqu'à 7,27. L'absorption de l'encre a été améliorée et la valeur du pH était plus conforme aux normes de sécurité textile.
Jiang Jikang et coll. a utilisé un modificateur synthétique DOPO pour greffer du carbonate de calcium modifié, obtenant ainsi une dispersion uniforme dans des revêtements en polyamide avec des structures de pores de revêtement claires et moelleuses. Le pH du tissu enduit en milieu humide est de 7,02, ce qui répond aux exigences environnementales. Le temps d'absorption de l'encre est de 89 secondes, la longueur de l'encre est de 53,4 mm, le code-barres imprimé est clair et incassable et la note atteint un niveau A.
Chen Zhijie et coll. utilisé des composants ignifuges au silicium-phosphore dans des modificateurs de couplage pour améliorer la dispersion et lui conférer une fonction ignifuge en construisant un revêtement de polyamide lisse et plat, poreux et mince sur le tissu. Des recherches ont montré que le carbonate de calcium modifié présente une bonne lipophilie et que son tissu enduit de polyamide 6 a un bon effet ignifuge.
Béton
La technologie des revêtements de surface est une mesure efficace pour améliorer la durabilité du béton, et les revêtements superhydrophobes dotés de propriétés imperméables, antigivrantes et autonettoyantes sont actuellement l'un des points chauds de la recherche.
Xu Huafeng et coll. a utilisé la polydopamine pour induire une minéralisation de carbonate de calcium à la surface du béton et réduire les ions d'argent in situ en nano-argent, afin de construire des structures rugueuses micro-nano composites. Ils les ont modifiés hydrophobes avec du silane à faible énergie de surface pour obtenir des revêtements superhydrophobes biomimétiques fonctionnalisés en carbonate de calcium. Les résultats ont montré que dans les environnements d'eau de mer normaux et simulés, le volume d'absorption d'eau des échantillons de revêtement composite a diminué respectivement de 90,3% et 93,44% par rapport aux échantillons non traités, démontrant de bonnes propriétés d'étanchéité et d'imperméabilité. Après frottement répété de l'échantillon de revêtement composite sur la surface du papier de verre sur une distance équivalente de 5 mètres, l'angle de contact du revêtement est toujours supérieur à 140°, avec une diminution de seulement 6,87%, démontrant une bonne résistance à l'usure.
Afin d'améliorer la résistance à la corrosion et à la pollution des bâtiments extérieurs en grès, Wen Yaping et al. synthétisé un revêtement modifié par des acides gras à base de carbonate de calcium en utilisant du carbonate de calcium comme matériau de base et des acides gras comme matériaux de modification hydrophobes par réaction en phase liquide. La recherche a montré que la taille moyenne des grains du carbonate de calcium de vatérite modifié par l'acide octadécanoïque est relativement grande (31 nm) et que la rugosité de surface du grès varie considérablement. L'angle hydrophobe peut atteindre 119°, le niveau de résistance à la pollution est de 5 et le taux d'absorption d'eau n'est que de 1,0%. Comparé aux échantillons de grès traités avec un revêtement non modifié, il améliore efficacement la résistance à la pollution de surface du grès.
Verre
Yuan Zhiqing et coll. développé une méthode simple et réalisable pour préparer du polydiméthylsiloxane (PDMS)/CaCO3 à base de revêtements superhydrophobes. Le revêtement obtenu peut être appliqué sur différents substrats, tels que du papier kraft, des lames de verre et des plaques de cuivre. Après revêtement sur un substrat en verre et séchage à température ambiante, l'angle de contact de la surface du revêtement peut atteindre 160°, et l'angle de glissement est inférieur à 3°. Le test de cisaillement montre que le revêtement P3 superhydrophobe présente une résistance mécanique au cisaillement et une adhérence élevées et peut obtenir une surface superhydrophobe stable. Des expériences en extérieur ont montré que la préparation de revêtements autonettoyants utilisant de la résine de silicone et du carbonate de calcium modifié avec de l'acide stéarique peut conserver plus de 85% de transparence des panneaux de verre, avec un angle de contact d'environ 110° et de bonnes performances anti-buée. Après avoir été exposé à l'extérieur pendant 4 mois, les performances autonettoyantes ne sont pratiquement pas endommagées.
Métal
À l'heure actuelle, le comportement autonettoyant des matériaux des panneaux muraux est très préoccupant, et ce comportement autonettoyant peut généralement être obtenu en construisant des surfaces hydrophobes. Liu Changyang et al. ont déposé uniformément une couche de film de carbonate de calcium d'environ 20 microns d'épaisseur sur la surface de l'alliage de magnésium et de néodyme, améliorant la résistance à la corrosion de l'alliage dans les fluides interstitiels de béton simulés contenant des ions chlorure. L'utilisation de perfluorodécyltriéthoxysilane pour chimique la modification des échantillons revêtus peut améliorer leur capacité d'autonettoyage.
À l'heure actuelle, il existe des cas d'application de revêtements fonctionnels au carbonate de calcium dans de nombreux domaines tels que l'emballage, la vaisselle, les matériaux de construction, les matériaux respectueux de l'environnement, les textiles, les revêtements, les produits pharmaceutiques, etc. Avec la demande croissante de réduction des coûts et d'amélioration de l'efficacité dans les entreprises, l'application de revêtements fonctionnels à base de carbonate de calcium deviendra de plus en plus répandue à l'avenir et la technologie d'application mûrira progressivement.