Permukaan superhidrofobik memiliki beragam aplikasi di berbagai bidang seperti anti air, anti kabut, pembersihan mandiri, ketahanan korosi, anti es, dan pengurangan hambatan aliran karena sifatnya yang unik. Namun demikian, produksi massal lapisan superhidrofobik yang berbiaya rendah, toksisitas rendah, mudah diaplikasikan, dan tahan lama masih merupakan tantangan.
Di alam, terdapat sejumlah besar bahan kalsium karbonat dengan sifat mekanik unggul dan komponen sederhana yang telah menarik perhatian luas di kalangan ilmuwan. Berdasarkan penelitian mendalam tentang mekanisme nukleasi dan pertumbuhan kalsium karbonat, regulasi biomineralisasi telah tercapai, yang memiliki penerapan luas di berbagai bidang seperti anti-fouling, anti-scaling, self-cleaning, dan pemisahan minyak-air.
Sejumlah penelitian telah menunjukkan bahwa energi permukaan yang rendah dan struktur kasar merupakan faktor utama yang mempengaruhi superhidrofobisitas, dan ini selalu menjadi topik penelitian utama dalam teknologi modifikasi kalsium karbonat. Sederhananya, arah modifikasi kalsium karbonat adalah untuk mengurangi energi permukaan dan mempertahankan dispersibilitas, sekaligus meningkatkan sudut kontak untuk memastikan hidrofobisitas.
Jenis kalsium karbonat apa yang lebih cocok untuk pelapis fungsional? Bagaimana cara memodifikasinya? Apa hasil sebenarnya?
Gu Weile dkk. mensintesis dua bentuk kristal bubuk kalsium karbonat yang berbeda, yang kemudian dicampur dengan polidimetilsiloksan energi permukaan rendah (PDMS) untuk melapisi lapisan superhidrofobik. Mereka diuji kemampuan membersihkan diri dan ketahanan terhadap benturan. Eksperimen menunjukkan bahwa ketika dosis surfaktan natrium stearat (NaSt) dan natrium oleat (NaOL) adalah 5%, efek modifikasi dan hidrofobisitas kalsium karbonat adalah yang terbaik. Sudut kontak kalsium karbonat jenis aragonit yang dimodifikasi dengan natrium stearat 5% adalah 127,5 °, dan sudut kontak kalsium karbonat jenis kalsit yang dimodifikasi dengan natrium oleat 5% adalah 115,4 °. Penelitian lebih lanjut dilakukan mengenai pengaruh jumlah kristal kalsium karbonat yang berbeda terhadap hidrofobisitas pelapis, dengan sudut kontak masing-masing 151,4° dan 153,2° untuk pelapis kalsium karbonat jenis kalsit dan aragonit. Akhirnya, sifat pembersihan diri dan ketahanan benturan dari lapisan superhidrofobik dievaluasi. Hasilnya menunjukkan bahwa setelah uji tumbukan tetesan air 500mL, sudut kontak dari dua lapisan superhidrofobik kristal kalsium karbonat tetap di atas 140°, mempertahankan hidrofobisitas yang sangat baik.
Cheng Yuan dan timnya menggunakan kumis kalsium karbonat (CCWs) dan nano kalsium karbonat (CCNPs) sebagai pengisi untuk menyiapkan lapisan superhidrofobik melalui modifikasi permukaan bubuk, optimalisasi rasio pelapisan, referensi ke “lapisan atas primer,” dan metode pemolesan dalam teknologi konstruksi pelapisan. . Penelitian menunjukkan bahwa jika dikenai 15 siklus gesekan, sudut kontak lapisan dapat mencapai 153,88°, dan sudut penggulungan dapat mencapai 9,20°. Lapisan ini memiliki kemampuan membersihkan diri yang sangat baik dan mudah diperbaiki.
Pada substrat apa pelapis fungsional kalsium karbonat dapat diaplikasikan?
Serat
Teknologi pelapisan basah menggunakan limbah serat poliamida adalah metode utama untuk menyiapkan tekstil berlapis seperti pita tenun merek dagang dan juga merupakan cara penting untuk daur ulang fisik serat poliamida. Ini memiliki biaya produksi yang rendah dan kinerja produk yang sangat baik. Kalsium karbonat adalah bubuk anorganik yang murah, tidak beracun, dan tidak berbahaya yang biasa digunakan sebagai pengisi dalam teknologi pelapisan basah serat limbah poliamida, yang dapat meningkatkan ketebalan, warna putih, dan kekuatan lapisan permukaan pita tenun merek dagang.
Lei Pengfei dkk. menggunakan metode sintesis in-situ asam oleat untuk menyiapkan pengisi lapisan kalsium karbonat untuk lapisan basah poliamida. Sudut kontak film pelapis berkurang 8,29°, panjang tinta kain yang dilapisi berkurang 10,42 mm, dan nilai pH kain yang dilapisi turun menjadi 7,27. Penyerapan tinta ditingkatkan, dan nilai pH lebih sesuai dengan standar keamanan tekstil.
Jiang Jikang dkk. menggunakan pengubah sintetis DOPO untuk mencangkok kalsium karbonat yang dimodifikasi, mencapai dispersi seragam dalam lapisan poliamida dengan struktur pori lapisan yang jernih dan halus. PH kain yang dilapisi di lingkungan lembab adalah 7,02, yang memenuhi persyaratan lingkungan. Waktu penyerapan tinta 89 detik, panjang tinta 53,4 mm, barcode yang dicetak jelas dan bebas kerusakan, serta rating mencapai level A.
Chen Zhijie dkk. menggunakan komponen tahan api silikon fosfor dalam pengubah kopling untuk meningkatkan dispersi dan memberinya fungsi tahan api dengan membuat lapisan poliamida yang halus dan rata, berpori, dan tipis pada kain. Penelitian telah menunjukkan bahwa kalsium karbonat yang dimodifikasi memiliki lipofilisitas yang baik dan kain berlapis poliamida 6 memiliki efek tahan api yang baik.
Konkret
Teknologi pelapisan permukaan adalah langkah efektif untuk meningkatkan daya tahan beton, dan pelapis superhidrofobik dengan sifat kedap air, anti-icing, dan membersihkan sendiri saat ini menjadi salah satu fokus penelitian.
Xu Huafeng dkk. menggunakan polidopamin untuk menginduksi mineralisasi kalsium karbonat pada permukaan beton dan mereduksi ion perak in situ menjadi nano perak, untuk membangun struktur kasar komposit mikro nano. Mereka hidrofobik memodifikasinya dengan silan berenergi permukaan rendah untuk mendapatkan lapisan superhidrofobik biomimetik kalsium karbonat yang difungsikan. Hasilnya menunjukkan bahwa di lingkungan air laut normal dan simulasi, volume penyerapan air dari sampel pelapis komposit mengalami penurunan masing-masing sebesar 90,3% dan 93,44% dibandingkan dengan sampel yang tidak diberi perlakuan, sehingga menunjukkan sifat kedap air dan kedap air yang baik. Setelah sampel lapisan komposit digesek berulang kali pada permukaan amplas pada jarak setara 5 meter, sudut kontak lapisan masih lebih besar dari 140 °, dengan penurunan hanya 6,87%, yang menunjukkan ketahanan aus yang baik.
Untuk meningkatkan ketahanan anti korosi dan polusi pada bangunan batu pasir luar ruangan, Wen Yaping dkk. mensintesis lapisan termodifikasi asam lemak berbasis kalsium karbonat dengan menggunakan kalsium karbonat sebagai bahan dasar dan asam lemak sebagai bahan modifikasi hidrofobik melalui reaksi fase cair. Penelitian telah menunjukkan bahwa ukuran butir rata-rata kalsium karbonat vaterite termodifikasi asam oktadekanoat relatif besar (31nm), dan kekasaran permukaan batupasir sangat bervariasi. Sudut hidrofobiknya bisa mencapai 119°, tingkat ketahanan pencemaran 5, dan tingkat penyerapan air hanya 1,0%. Dibandingkan dengan sampel batupasir yang diberi lapisan yang tidak dimodifikasi, ini secara efektif meningkatkan ketahanan polusi permukaan batupasir.
Kaca
Yuan Zhiqing dkk. mengembangkan metode yang sederhana dan layak untuk membuat polidimetilsiloksan (PDMS)/CaCO3 berdasarkan lapisan superhidrofobik. Lapisan yang diperoleh dapat diaplikasikan pada berbagai media, seperti kertas kraft, kaca slide, dan pelat tembaga. Setelah pelapisan pada substrat kaca dan pengeringan pada suhu kamar, sudut kontak permukaan pelapis dapat mencapai 160°, dan sudut geser kurang dari 3°. Uji geser menunjukkan bahwa lapisan P3 superhidrofobik memiliki ketahanan geser mekanis dan daya rekat yang tinggi, serta dapat memperoleh permukaan superhidrofobik yang stabil. Eksperimen di luar ruangan menunjukkan bahwa persiapan lapisan pembersih sendiri menggunakan resin silikon dan kalsium karbonat yang dimodifikasi dengan asam stearat dapat mempertahankan transparansi panel kaca lebih dari 85%, dengan sudut kontak sekitar 110 ° dan kinerja anti kabut yang baik. Setelah terpapar di luar ruangan selama 4 bulan, kinerja pembersihan diri pada dasarnya tidak rusak.
Logam
Saat ini, perilaku pembersihan mandiri bahan panel dinding sangat diperhatikan, dan perilaku pembersihan mandiri ini biasanya dapat dicapai dengan membuat permukaan hidrofobik. Liu Changyang dkk. secara seragam menyimpan lapisan film kalsium karbonat setebal sekitar 20 mikron pada permukaan paduan magnesium neodymium, meningkatkan ketahanan korosi paduan tersebut dalam cairan pori beton simulasi yang mengandung ion klorida. Penggunaan perfluorodecyltriethoxysilane untuk modifikasi kimia sampel yang dilapisi dapat meningkatkan kemampuan pembersihan mandiri.
Saat ini, terdapat kasus penerapan pelapis fungsional kalsium karbonat di berbagai bidang seperti pengemasan, peralatan makan, bahan bangunan, bahan ramah lingkungan, tekstil, pelapis, farmasi, dll. Dengan meningkatnya permintaan untuk pengurangan biaya dan peningkatan efisiensi di perusahaan, penerapan pelapis fungsional kalsium karbonat akan semakin meluas di masa depan, dan teknologi penerapannya akan semakin matang.
