Superfícies superhidrofóbicas têm uma ampla gama de aplicações em uma variedade de campos, como impermeabilização, antiembaçante, autolimpeza, resistência à corrosão, anticongelante e redução de resistência ao fluxo devido às suas propriedades únicas. No entanto, a produção em massa de revestimentos superhidrofóbicos de baixo custo, baixa toxicidade, fáceis de aplicar e duráveis continua a ser um desafio.
Na natureza, existe um grande número de materiais de carbonato de cálcio com propriedades mecânicas superiores e componentes simples que têm despertado amplo interesse entre os cientistas. Com base em pesquisas aprofundadas sobre os mecanismos de nucleação e crescimento do carbonato de cálcio, foi alcançada a regulação da biomineralização, que tem amplas aplicações em campos como antiincrustante, anti-incrustação, autolimpeza e separação óleo-água.
Numerosos estudos mostraram que a baixa energia superficial e a estrutura rugosa são os principais fatores que afetam a superhidrofobicidade, e estes sempre foram os principais tópicos de pesquisa na tecnologia de modificação de carbonato de cálcio. Simplificando, a direção de modificação do carbonato de cálcio é reduzir a energia superficial e manter a dispersibilidade, enquanto aumenta o ângulo de contato para garantir a hidrofobicidade.
Que tipo de carbonato de cálcio é mais adequado para revestimentos funcionais? Como posso modificá-lo? Qual é o resultado real?
Gu Weile et al. sintetizou duas formas cristalinas diferentes de pó de carbonato de cálcio, que foram então misturadas com polidimetilsiloxano (PDMS) de baixa energia superficial para revestir um revestimento superhidrofóbico. Eles foram testados quanto à sua capacidade de autolimpeza e resistência ao impacto. Experimentos mostraram que quando a dosagem dos surfactantes estearato de sódio (NaSt) e oleato de sódio (NaOL) é 5%, o efeito de modificação e a hidrofobicidade do carbonato de cálcio são os melhores. O ângulo de contato do carbonato de cálcio tipo aragonita modificado pelo estearato de sódio 5% é 127,5°, e o ângulo de contato do carbonato de cálcio tipo calcita modificado pelo oleato de sódio 5% é 115,4°. Outras pesquisas foram conduzidas sobre o efeito de diferentes quantidades de carbonato de cálcio cristalino na hidrofobicidade dos revestimentos, com ângulos de contato de 151,4° e 153,2° para revestimentos de carbonato de cálcio do tipo calcita e aragonita, respectivamente. Finalmente, foram avaliadas as propriedades de autolimpeza e resistência ao impacto dos revestimentos superhidrofóbicos. Os resultados mostraram que após um teste de impacto de gotículas de água de 500mL, o ângulo de contato dos dois revestimentos superhidrofóbicos de carbonato de cálcio cristalino permaneceu acima de 140°, mantendo excelente hidrofobicidade.
Cheng Yuan e sua equipe usaram bigodes de carbonato de cálcio (CCWs) e carbonato de nano cálcio (CCNPs) como cargas para preparar revestimentos superhidrofóbicos por meio de modificação da superfície do pó, otimização da proporção de revestimento, referência ao “revestimento superior de primer” e métodos de polimento na tecnologia de construção de revestimentos . A pesquisa mostrou que quando submetido a 15 ciclos de atrito, o ângulo de contato do revestimento pode chegar a 153,88°, e o ângulo de rolamento pode chegar a 9,20°. O revestimento possui excelente capacidade de autolimpeza e pode ser facilmente reparado.
Em quais substratos os revestimentos funcionais de carbonato de cálcio podem ser aplicados?
Fibra
A tecnologia de revestimento úmido utilizando resíduos de fibras de poliamida é o principal método para a preparação de têxteis revestidos, como fitas tecidas de marca registrada, e também é uma forma importante para a reciclagem física de fibras de poliamida. Possui baixos custos de produção e excelente desempenho do produto. O carbonato de cálcio é um pó inorgânico barato, não tóxico e inofensivo, comumente usado como enchimento na tecnologia de revestimento úmido de fibras residuais de poliamida, que pode aumentar a espessura, a brancura e a resistência do revestimento superficial de fitas tecidas de marca registrada.
Lei Pengfei et al. utilizou o método de síntese in-situ de ácido oleico para preparar enchimento de revestimento de carbonato de cálcio para revestimento úmido de poliamida. O ângulo de contato do filme de revestimento diminuiu 8,29°, o comprimento da tinta do tecido revestido diminuiu 10,42 mm e o valor do pH do tecido revestido diminuiu para 7,27. A absorção da tinta foi melhorada e o valor do pH ficou mais alinhado com os padrões de segurança têxtil.
Jiang Jikang et al. usaram um modificador sintético DOPO para enxertar carbonato de cálcio modificado, alcançando dispersão uniforme em revestimentos de poliamida com estruturas de poros de revestimento transparentes e fofas. O pH do tecido revestido em ambiente úmido é 7,02, o que atende às exigências ambientais. O tempo de absorção da tinta é de 89 segundos, o comprimento da tinta é de 53,4 mm, o código de barras impresso é claro e livre de quebras e a classificação atinge o nível A.
Chen Zhijie et al. usou componentes retardadores de chama de fósforo de silício em modificadores de acoplamento para melhorar a dispersão e dotá-la de função retardadora de chama, construindo um revestimento de poliamida liso e plano, poroso e fino no tecido. A pesquisa mostrou que o carbonato de cálcio modificado tem boa lipofilicidade e seu tecido revestido de poliamida 6 tem um bom efeito retardador de chama.
Concreto
A tecnologia de revestimento de superfície é uma medida eficaz para melhorar a durabilidade do concreto, e os revestimentos superhidrofóbicos com propriedades impermeáveis, anticongelantes e autolimpantes são atualmente um dos focos de pesquisa.
Xu Huafeng et al. usaram polidopamina para induzir a mineralização de carbonato de cálcio na superfície do concreto e reduzir íons de prata in situ em nanoprata, a fim de construir estruturas rugosas micro nanocompostas. Eles os modificaram hidrofóbicos com silano de baixa energia superficial para obter revestimentos superhidrofóbicos biomiméticos de carbonato de cálcio funcionalizado. Os resultados mostraram que tanto em ambientes normais como simulados de água do mar, o volume de absorção de água das amostras de revestimento compósito diminuiu em 90,3% e 93,44% em comparação com amostras não tratadas, respectivamente, demonstrando boas propriedades impermeáveis e impermeáveis. Após atrito repetido da amostra de revestimento compósito na superfície da lixa por uma distância equivalente de 5 metros, o ângulo de contato do revestimento ainda é superior a 140°, com diminuição de apenas 6,87%, demonstrando boa resistência ao desgaste.
A fim de melhorar a resistência anticorrosiva e à poluição de edifícios externos de arenito, Wen Yaping et al. sintetizou um revestimento modificado de ácido graxo à base de carbonato de cálcio usando carbonato de cálcio como material de base e ácidos graxos como materiais de modificação hidrofóbicos por meio de reação em fase líquida. A pesquisa mostrou que o tamanho médio do grão do carbonato de cálcio vaterita modificado com ácido octadecanóico é relativamente grande (31 nm) e a rugosidade da superfície do arenito varia muito. O ângulo hidrofóbico pode atingir 119 °, o nível de resistência à poluição é 5 e a taxa de absorção de água é de apenas 1,0%. Comparado com amostras de arenito tratadas com revestimento não modificado, melhora efetivamente a resistência à poluição superficial do arenito.
Vidro
Yuan Zhiqing et al. desenvolveram um método simples e viável para preparação de polidimetilsiloxano (PDMS)/CaCO3 baseado em revestimentos superhidrofóbicos. O revestimento obtido pode ser aplicado em diversos substratos, como papel kraft, lâminas de vidro e placas de cobre. Após o revestimento em um substrato de vidro e secagem à temperatura ambiente, o ângulo de contato da superfície do revestimento pode atingir 160° e o ângulo de deslizamento é inferior a 3°. O teste de cisalhamento mostra que o revestimento superhidrofóbico P3 possui alta resistência ao cisalhamento mecânico e adesão, podendo obter uma superfície superhidrofóbica estável. Experimentos ao ar livre mostraram que a preparação de revestimentos autolimpantes utilizando resina de silicone e carbonato de cálcio modificado com ácido esteárico pode reter mais de 85% da transparência dos painéis de vidro, com um ângulo de contato de cerca de 110 ° e bom desempenho antiembaçante. Depois de ficar exposto ao ar livre por 4 meses, o desempenho de autolimpeza basicamente não é danificado.
Metal
Atualmente, o comportamento de autolimpeza dos materiais dos painéis de parede é altamente preocupante, e esse comportamento de autolimpeza geralmente pode ser alcançado através da construção de superfícies hidrofóbicas. Liu Changyang et al. depositou uniformemente uma camada de filme de carbonato de cálcio com cerca de 20 mícrons de espessura na superfície da liga de magnésio e neodímio, melhorando a resistência à corrosão da liga em fluidos de poros de concreto simulados contendo íons cloreto. O uso de perfluorodeciltrietoxissilano para modificação química de amostras revestidas pode aumentar sua capacidade de autolimpeza.
Atualmente, tem havido casos de aplicação de revestimentos funcionais de carbonato de cálcio em muitos campos, como embalagens, utensílios de mesa, materiais de construção, materiais ecológicos, têxteis, revestimentos, produtos farmacêuticos, etc. a aplicação de revestimentos funcionais de carbonato de cálcio se tornará cada vez mais difundida no futuro e a tecnologia de aplicação amadurecerá gradualmente.
